Mehrganggetriebe für Fahrräder
Die Erfindung betrifft ein Mehrganggetriebe für Fahrräder mit einer Hinterrad- Kettenschaltung, welche mehrere mit der Hinterradnabe verbundene hintere Kettenräder und einen Kettenwerfer zum Überwerfen der Antriebskette von einem hinteren Kettenrad auf ein anderes umfaßt.
Kettenschaltungen für Fahrräder sind in großer Zahl bekannt, beispielsweise auch aus der DE-A1 19608088, DE-C2 3821792 und DE-A1 19636729. Üblicherweise sind bei Mehrgangfahrrädern heutzutage solche Kettenschaltungen sowohl am Hinterrad als auch im Bereich der Tretkurbelwelle vorgesehen. Nachteilig an diesen herkömmlichen Kettenschaltungen für Fahrräder ist es, daß nicht alle vorhandenen Gänge ausgenutzt werden können. Diejenigen Gänge, bei denen ein starker Schräglauf der Kette auftritt, welcher diese vorzeitig abnützt, sollten im Dauerbetrieb nicht verwendet werden. Weiters kommt es zu einem relativ großen Überlappungsbereich zwischen den vorhandenen Gängen. Wenn die Kette über ein erstes vorderes Kettenrad läuft, so überlappen die durch Auswahl des hinteren Kettenrades einstellbaren Übersetzungen mit denjenigen, die sich bei der Auswahl eines benachbarten vorderen Kettenrades ergeben.
Bekannt sind weiters in die Hinterradnabe eingebaute Mehrgang-Planetenrad- getriebe. Üblicherweise werden auf diese Weise 3-Gangschaltungen realisiert, aber auch eine größere Anzahl von Gängen wurde bereits durch solche Planeten- radgetriebe erreicht. Solche Planetenradgetriebe in der Hinterradnabe werden üblicherweise eingesetzt, um neben einer Gangschaltung auch eine Rücktrittbremse realisieren zu können. Nachteilig bei diesen Mehrgang-Planetenrad- getrieben ist es, daß nur eine relativ kleine Anzahl von unterschiedlichen Gängen zur Verfügung steht.
Solche in der Hinterradnabe eingebaute Mehrgang-Planetenradgetriebe sind bei-
spielsweise auch aus der DE-A1 -3819065, DE-A1 -19618636, DE-C2-3440070 und DE-A1-4133988 bekannt.
Aus der DE 419 414 C, CH 182 102 A und DE 41 34 843 A1 sind weiters bereits bei der Tretkurbel eines Fahrrads angeordnete Zweigang-Planetenradgetriebe bekannt. Bei der Einrichtung der DE 41 34 843 A1 ist hierbei zusätzlich ein Mehr- ganggetriebe in der Hinterradnabe vorgesehen.
Die GB 2 336 575 A zeigt weiters ein Motorfahrrad, das sowohl über eine Tret- kurbel als auch über einen Elektromotor antreibbar ist. Die Tretkurbel und der Elektromotor wirken hierbei über ein Planetenradgetriebe, und zwar zum einen über die Planetenräder (pedalgetrieben) und andererseits über das Sonnenrad (motorgetrieben) auf das mit dem Außenrad verbundene vordere Kettenblatt ein. Um einen Gangwechsel zu ermöglichen, kann das Motorfahrrad weiters mit einer Hinterrad-Kettenschaltung versehen sein.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges Mehrganggetriebe für Fahrräder bereitzustellen, durch welches auf einfache und vorteilhafte Art und Weise eine große Anzahl von unterschiedlichen Gängen in einem großen Übersetzungsbereich realisiert werden kann. Erfindungsgemäß gelingt dies durch ein Mehrganggetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Durch die erfindungsgemäße Kombination einer Hinterrad-Kettenschaltung mit einem an der Tretkurbelwelle angeordneten Mehrgang- Planetengetriebe ergeben sich in überraschender Weise mehrere Vorteile: Bei einem Planetengetriebe können relativ große Unterschiede zwischen den Übersetzungen der einzelnen Gänge gewählt werden. Diese Übersetzungsunterschiede können so groß gewählt werden, daß es bei der Einstellung eines bestimmten Gangs des Planetengetriebes zu keinen Überlappungen zwischen den einzelnen über die Hinterrad- Kettenschaltung eingestellten Übersetzungen mit denjenigen Übersetzungen kommt, die bei einem anderen Gang des Planetenradgetriebes erreicht werden. Weiters kann die Umstellung zwischen den einzelnen Gängen des Planetenradgetriebes ohne größere seitliche Verschiebungen der Kette im Bereich der Tretkurbelwelle durchgeführt werden. Es können daher bei allen Gängen des Plane- tenradgetriebes alle hinteren Kettenräder durch die Hinterrad-Kettenschaltung ausgewählt werden, ohne daß es zu einem unzulässig starken Schräglauf der
Kette kommt. Es werden somit insgesamt eine größere Anzahl von Gängen be-
reitgestellt als bei herkömmlichen Mehrganggetrieben für Fahrräder, die sowohl eine Hinterrad-Kettenschaltung als auch eine Kettenschaltung im Bereich der Tretkurbelwelle aufweisen.
Der Übersetzungsbereich des Mehrganggetriebes kann dadurch erweitert werden oder es können in einem vorgegebenen Bereich feinere Abstufungen der einzelnen Übersetzungen erzielt werden. Bei zu großen Unterschieden in den Größen der einzelnen vorderen Kettenräder könnte die Kette dagegen bei der herkömmlichen vorderen Kettenschaltung nicht mehr zwischen den einzelnen Kettenrädern übergeworfen werden. Bereits bei den bisher verwendeten Übersetzungsunterschieden macht das exakte Überwerfen der Kette zwischen den vorderen Kettenrädern Probleme und führt häufig zum Herausspringen der Kette, während das Überwerfen der Kette zwischen den hinteren Kettenrädern vergleichsweise exakt möglich ist.
Weiters kann auf diese Weise beim erfindungsgemäßen Mehrganggetriebe eine für den Benutzer logischere Abfolge der einzelnen Gänge erreicht werden. Diejenigen Gänge mit der größten Übersetzung werden bei der größten Übersetzung des Mehrgang-Planetengetriebes eingestellt (wobei der hintere Gang beliebig ist), diejenigen Gänge mit der mittleren Übersetzung bei der mittleren Übersetzung des Planetengetriebes und ebenso die Gänge mit der kleinsten Übersetzung bei der kleinsten Übersetzung des Planetengetriebes. Bei herkömmlichen Mehrganggetrieben für Fahrräder überschneiden sich diese Bereiche.
Weiters muß der Kettenspanner im Bereich der Hinterrad-Kettenschaltung beim erfindungsgemäßen Mehrganggetriebe weniger große Unterschiede in der "freien Kettenlänge" zwischen den Kettenrädern aufnehmen. Auch dieser vom Kettenspanner aufzunehmende Längenunterschied begrenzt bei einer herkömmlichen Mehrgang-Kettenschaltung den maximalen Übersetzungsbereich. Auch ist der Konstruktionsaufwand für solche einen großen Längenunterschied aufnehmende Kettenspanner erheblich.
Vorteilhafterweise bildet beim erfindungsgemäßen Mehrganggetriebe das vordere Kettenrad den Planetenradträger. In einer bevorzugten Ausführungsform der Er- findung ist ein auf der Tretkurbelwelle drehbar gelagertes Sonnenrad vorgesehen, welches mittels einer Schalteinrichtung in einer ersten Schaltstellung mit einem mit dem Fahrradrahmen starr verbundenen Teil fest verbindbar und in einer zwei-
ten Schaltstellung mit der Tretkurbelwelle drehfest verbindbar ist. Es wird dadurch eine einfache Ausbildung des Planetenradgetriebes und der Schalteinrichtung zur Umschaltung zwischen den einzelnen Gängen ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Getriebe ermöglicht weiters ein Schalten im Stand, ohne Bewegung der Tretkurbel. Wenn der Benutzer zum Stillstand gekommen ist, ohne aus einem schweren Gang in einen leichten Gang gewechselt zu haben, kann er daher zum Anfahren in einen leichten Gang schalten.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung erläutert. In dieser zeigen:
Die Fig. 1 bis 3 schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mehrganggetriebes mit schematischen Schnittdarstellungen des Planetenradgetriebes in den unterschiedlichen Schaltstellungen;
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung und Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie AA von Fig. 4.
Die Hinterrad-Kettenschaltung ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und in den Figuren nicht im einzelnen dargestellt. Es sind mehrere hintere Zahnkränze bzw. Kettenräder 10 vorgesehen, welche (über einen Freilauf) mit der Hinterradnabe verbunden sind. Mittels eines (in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellten) Kettenwerfers und eines den Kettenwerfer verschwenkenden Zugmittels wird die Antriebs- kette 9 von einem hinteren Kettenrad 10 des Zahnkranzpaketes auf ein anderes übergeworfen.
Die Pedale 6 sind über Tretkurbeln 7 mit einer in einem Tretkurbellager 5 gelagerten Tretkurbelwelle 8 verbunden. Die Tretkurbelwelle 8 steht mit einem vorderen Kettenrad 4, über welches die Antriebskette 9 verläuft, über ein Mehrgang-
Planetenradgetriebe 11 in Verbindung. Auf der Tretkurbelwelle 8 ist ein Sonnenrad 1 , welches eine Stirnverzahnung aufweist, drehbar gelagert. Das Sonnenrad kämmt mit ebenfalls Stirnverzahnungen aufweisenden Planetenrädern 2, die jeweils am vorderen Kettenrad, welches einen Planetenradträger bildet, drehbar gelagert sind. Beispielsweise können sechs derartige, das Sonnenrad umgebende Planetenräder 2 vorgesehen sein. Weiters ist ein Außenrad 3 vorgesehen, das eine Innenverzahnung aufweist, die mit den Planetenrädern 2 kämmt.
In der in Fig. 1 dargestellten ersten Schaltstellung des Planetenradgetriebes 11 ist das Sonnenrad 1 drehfest mit dem Tretkurbellager 5 verbunden, welches einen mit dem Fahrradrahmen (von dem ein mit 12 bezeichneter Teil in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist) starr verbundenen Teil bildet. Diese drehfeste Verbindung des Sonnenrades 1 mit dem Tretkurbellager 5 kann beispielsweise durch Verzahnungen an den beiden aneinander anliegenden Seitenflächen dieser Teile erreicht werden. Es könnten beispielsweise auch federbelastete, in der vorgespannten Endstellung über die Seitenfläche des Tretkurbellagers hervorragende Stifte vorgesehen sein, welche in entsprechenden Ausnehmungen in der Seitenfläche des Sonnenrades 1 einrasten können. Weiters ist in dieser ersten Schaltstellung des Planetenradgetriebes das Außenrad 3 mit der Tretkurbelwelle 8 drehfest verbunden. Hierzu ist ein auf der Tretkurbelwelle 8 drehfest angeordneter Teil 13 vorgesehen, der eine Außenverzahnung 14 aufweist, welche mit einer in Fig. 1 mit dieser Außenverzahnung kämmenden Innenverzahnung 15 am Außenrad 3 in Eingriff gebracht ist. Die drehfeste Verbindung zwischen dem Außenrad 3 und der Tretkurbelwelle 8 könnte auch auf andere Weise erfolgen, wie beispielsweise im Zusammenhang mit der drehfesten Verbindung zwischen dem Sonnenrad 1 und dem Tretkurbellager 5 erläutert worden ist. Die Kraftübertra- gung erfolgt somit in dieser ersten Schaltstellung von der Tretkurbelwelle über den Teil 13 auf das Außenrad 3 und weiters auf die Planetenräder 2. Das Sonnenrad 1 ist stillgesetzt bzw. blockiert.
Bei der in Fig. 2 dargestellten zweiten Schaltstellung ist das Sonnenrad 1 zu- sammen mit den Planetenrädern 2, dem vorderen Kettenrad 4 und dem Außenrad 3 in Richtung des Pfeils 16 seitlich verschoben worden. Es ist dadurch die drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad 1 und dem Tretkurbellager 5 geöffnet worden und eine drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad 1 und der Tretkurbelwelle 8 hergestellt worden. Dazu ist das Sonnenrad 1 drehfest mit dem Teil 13 verbunden worden, beispielsweise auf die im Zusammenhang mit der drehfesten Verbindung zwischen dem Sonnenrad 1 und dem Tretkurbellager 5 beschriebene Art. Weiters ist die drehfeste Verbindung zwischen dem Außenrad 3 und der Tretkurbelwelle 8 gelöst worden, wobei die Außenverzahnung 14 des Teils 13 mit der Innenverzahnung 15 des Außenrads 3 außer Eingriff gebracht worden ist. Das Außenrad ist nunmehr drehfest mit einem mit dem Fahrradrahmen 12 starr verbundenen Teil 17 drehfest verbunden. Dazu ist beispielsweise am Teil 17 eine Innenverzahnung 18 vorgesehen, die in dieser achsialen Stellung
des Außenrades 3 mit der Außenverzahnung 19 am Außenrad 3 in Eingriff steht. Das Außenrad 3 ist somit stillgesetzt bzw. blockiert und die Kraftübertragung erfolgt von der Tretkurbelwelle 8 über den Teil 13 auf das Sonnenrad 1 und weiter auf die Planetenräder 2.
Bei der in Fig. 3 dargestellten dritten Schaltstellung befindet sich das Sonnenrad 1 in der nach links verschobenen Position und das Außenrad 3 (zusammen mit dem vorderen Kettenrad 4 und den Planetenrädern 2) in der nach rechts verschobenen Position. Es stehen daher sowohl das Sonnenrad 1 als auch das Au- ßenrad 3 drehfest mit der Tretkurbelwelle 8 in Verbindung. Die Kraftübertragung erfolgt sowohl über das Außenrad 3 und das Sonnenrad 1 auf die Planetenräder 2.
Die erste Schaltstellung entspricht der mittleren Übersetzung, während die zwei- te Schaltstellung eine leichte und die dritte Schaltstellung eine schwere Übersetzung darstellen. Bei der dritten Schaltstellung beträgt das Übersetzungsverhältnis zwischen der Tretkurbelwelle 8 und dem vorderen Kettenrad 4 1 :1.
Die Schalteinrichtung zum Wechseln der Schaltstellungeπ des Planetenradgetrie- bes 11 wird beim gezeigten Ausführungsbeispiel somit durch die verschiebbare Lagerung des Sonnenrades 1 sowie des vorderen Kettenrades 4 zusammen mit den Planetenrädern 2 und dem Außenrad 3 und weiters durch die Elemente zur drehfesten Verbindung des Sonnenrades 1 bzw. des Außenrades 3 mit dem Fahrradrahmen 12 bzw. der Tretkurbelwelle 8 sowie durch in den Figuren nicht dargestellte Zugmittel gebildet. Die Wegstrecke, um die das vordere Kettenrad 4 verschoben wird, kann dabei relativ gering sein, so daß die Antriebskette 9 nicht wesentlich gegenüber der zentralen Position in Bezug auf den hinteren von den Kettenrädern 10 gebildeten Kettenradsatz verschoben wird.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 4 und 5 sind die Planetenräder 2 nicht direkt am vorderen Kettenblatt 4 drehbar gelagert, sondern an den beiden Führungsscheiben 20, die beidseitig neben dem Kettenrad angeordnet sind. Die Führungsschreiben 20 weisen hierzu sie verbindende Achsen 22 auf, auf denen die Planetenräder 2 drehbar gelagert sind. In Fig. 5 sind drei solche Planetenräder dargestellt. Ebenso könnte eine andere Zahl von solchen Planetenrädern vorgesehen sein, beispielsweise sechs. Die Führungsscheiben 20 sind auf dem Sonnenrad 1 drehbar gelagert, und zwar auf zwei seitlichen Schultern 21 des Son-
nenrades, die an den stirnverzahnten Bereich des Sonnenrades seitlich anschließen und gegenüber diesem einen verringerten Durchmesser aufweisen können. Zur Lagerung der Führungsscheiben 20 kann jeweils ein Wälzlager, beispielsweise Kugellager vorgesehen sein. Im Bereich zwischen den Planetenrädern 2 sind die Führungsscheiben 20 über Bolzen 23 mit dem Kettenrad 4 verbunden, so daß das Kettenrad 4 mit den Führungsscheiben 20 eine stabile Einheit bildet, die den Planetenradträger des Planetenradgetriebes darstellt. Das Kettenrad 4 weist eine zentrale Öffnung 24 auf, die vom Sonnenrad 1 durchsetzt wird. Am Rand dieser zentralen Öffnung 24 sind Ausnehmungen 28 vorgesehen, durch welche die Pla- netenräder 2 verlaufen.
Es sind bei diesem Ausführungsbeispiel weiters zwei Außenräder 3 vorgesehen, die beidseitig des Kettenrades 4 angeordnet sind und jeweils eine Innenverzahnung aufweisen, die mit den Planetenrädern 2 kämmt. Der äußere Durchmesser der Führungsscheiben 20 ist etwas größer als der innere Durchmesser der Außenräder 3 und die Außenräder 3 sind somit im Bereich zwischen den Führungsscheiben 20 und dem Kettenrad 4 geführt.
In Fig. 4 ist die erste Schaltstellung des Getriebes dargestellt, bei der das Son- nenrad 1 drehfest mit dem Tretkurbellager 5 verbunden ist, und zwar durch Verzahnungen 25 an den beiden aneinander anliegenden Seitenflächen dieser Teile. Die Außenräder 3 sind in dieser ersten Schaltstellung mit der Tretkurbelwelle 8 drehfest verbunden, und zwar in analoger Weise wie beim in Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiel über den drehfest mit der Tretkurbelwelle verbunde- nen Teil 13, der eine Außenverzahnung 14 aufweist, welche mit einer Innenverzahnung 15 an einem Fortsatz an einem der Außenräder 3 in Eingriff gebracht ist, wodurch eine Art Mitnehmer für die beiden Außenräder 3 ausgebildet wird (die beiden Außenräder 3 drehen sich immer synchron zueinander).
Das Sonnenrad 1 , das Kettenrad 4 mit den Führungsscheiben 20, die Planetenräder 2 und die Außenräder 3 bilden bei diesem Ausführungsbeispiel eine kompakte und gegenseitig geführte Einheit, die insgesamt verschiebbar auf der Tretkurbelwelle 8 gelagert ist.
Durch Verschiebung dieser Einheit nach links in Fig. 4 kommen die Verzahnungen 25 außer Eingriff und die Verzahnungen 26, 27, die an den einander zugewandten Seitenflächen des Teils 13 und des Sonnenrades 1 (bzw. seiner linken
Schulter 21 ) ausgebildet sind, kommen in Eingriff. Die drehfeste Verbindung des Teils 13 mit den Außenrädern 3 bleibt hierbei vorerst noch bestehen. Dieser Zustand, wenn sowohl das Sonnenrad 1 als auch die Außenräder 3 drehfest mit der Tretkurbelwelle 8 in Verbindung stehen, entspricht der (beim ersten Ausfüh- rungsbeispiel in Fig. 3 dargestellten) dritten Schaltstellung des Getriebes.
Wird das Sonnenrad mit den von ihm getragenen Teilen ganz nach links in Fig. 4 verschoben, so werden die Verzahnungen 26, 27 weiter ineinander geschoben und die drehfeste Verbindung zwischen dem Teil 13 und den Außenrädern wird gelöst. Es kommt zu einem Eingriff der Innenverzahnung 18 des rahmenfesten Teils 17 mit der Außenverzahnung 19 am Fortsatz des rechten Außenrades 3, wodurch die Außenräder stillgesetzt werden und die zweite Schaltstellung des Getriebes eingenommen wird (entsprechend Fig. 2 des ersten Ausführungsbeispiel).
Unterschiedliche Variationen des Planetenradgetriebes 11 sind denkbar und möglich, wie sie bei solchen Planetenradgetrieben bekannt sind, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Jeweils wird ein Planetenradgetriebe im Bereich der Tretkurbelwelle mit einer Hinterrad-Kettenschaltung kombiniert. Das Plane- tenradgetriebe kann auch zur Umschaltung zwischen mehr als drei Gängen ausgebildet sein. Solche Planetenradgetriebe sind in unterschiedlichen Ausbildungen bekannt.
L e g e n « i e zu den Hinweiszifferr i:
Sonnenrad 20 Führungsscheibe
Planetenrad 21 Schulter
Außenrad 22 Achse vorderes Kettenrad 23 Bolzen
Tretkurbellager 24 Öffnung
Pedal 25 Verzahnung
Tretkurbel 26 Verzahnung
Tretkurbelwelle 27 Verzahnung
Antriebskette 28 Ausnehmung hinteres Kettenrad
Mehrgang-Planetenradgetriebe
Fahrradrahmen
Teil
Außenverzahnung
Innenverzahnung
Pfeil
Teil
Innenverzahnung
Außenverzahnung