DE102005014007A1

DE102005014007A1 - Schaltermechanismus mit Rastelement und Beschleunigungsfeder

Info

Publication number: DE102005014007A1
Application number: DE200510014007
Authority: DE
Inventors: Raymond Florczyk
Original assignee: SRAM Deutschland GmbH
Current assignee: SRAM Deutschland GmbH
Priority date: 2005-03-26
Filing date: 2005-03-26
Publication date: 2006-09-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schaltmechanismus eines Schalters zur Betätigung einer Mehrgangschaltung an einem Fahrrad. Der Schalter besteht aus einem Gehäuse mit integrierter Lenkerklemme, einer Seilspule mit Seilzug, einem Betätigungselement und einer Rasteinrichtung mit einer Rastfeder, die in die Rastkontur eingreift. Die Rastposition wird beim Freigabevorgang von einem Ausheber aufgehoben. Dabei werden die Rastfeder und eine darüber angeordnete Beschleunigungsfeder vom Ausheber so lange gespannt, bis die Rastfeder aus der Rastkontur herausspringt. Die beiden Federn entspannen sich und beschleunigen dabei die Seilspule in Abwickelrichtung. Zum Angleichen der Schaltkräfte in Freigaberichtung an die höheren Aufziehkräfte eignet sich der Austausch der Beschleunigungsfeder gegen eine andere mit einer unterschiedlichen Dimensionierung bzw. Federkonstante. Die zwischen der Rastfeder und dem Ausheber angeordnete Beschleunigungsfeder wird nur beim Freigabevorgang aktiviert. Sie nimmt keinen Einfluss auf den Aufziehvorgang bzw. bewirkt hierbei keine Schaltkrafterhöhung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schaltmechanismus zur Betätigung mindestens eines Getriebes an einem Fahrrad gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Schalter werden zum Aufwickeln und Freigeben des federvorgespannten Schaltzuges verwendet und verbleiben in der aktuellen Schaltstellung. Solche Schalter sind aus den Patentschriften DE 197 34 682 A1 und DE 100 43 612 A1 bekannt.

Die gezeigten Schalter beinhalten jeweils ein Schaltbetätigungselement und eine Rastmechanik zum Fixieren der aktuellen Schaltposition. Die Rastposition wird durch das Einleiten einer Aufzieh- bzw. Freigabebewegung des Schaltbetätigungselementes überwunden und eine neue Rastposition wird nach erfolgter Schaltbewegung eingenommen. Die Haltekraft der Rastmechanik wirkt der in Freigaberichtung vorgespannten Schaltzugkraft entgegen und sichert so die momentane Gangstellung.

Der Schalter in der DE 197 34682 A1 zeigt eine Rastmechanik mit einem vorgespannten Rastelement, das mit einer Rastnase in eine entsprechende Rastkontur eingreift und die gewählte Schaltstellung festhält. Dieses Rastelement ist ein elastisches Blechteil, das auf der einen Seite zur formschlüssigen Befestigung einen Haken aufweist und auf der anderen, freien Seite zu einer Rastnase umgebogen ist.

In DE 100 43 612 A1 wird ein Schalter mit einer Rastmechanik aus Kunststoff gezeigt. Das von einer elastischen Zunge gebildete Rastelement steht unter Vorspannung und greift ebenfalls in eine entsprechende Rastkontur ein und fixiert so die Schaltstellung. Dieses Rastelement greift so in die Rastkontur ein, dass die Klinke an der elastischen Zunge nur in Aufziehrichtung aus der Rastkontur bewegt werden kann. Eine Schaltbewegung in Freigaberichtung wird erst ermöglicht, nachdem das Rastelement von einem Ausheber aus der Rastkontur herausbewegt wurde.

Neben der Rastfunktion verfügt dieser Schalter noch über eine Beschleunigungsfeder, die beim Freigabevorgang gespannt wird und die Seilspule, nach dem Ausheben der Klinke durch den Ausheber, in Freigaberichtung beschleunigt. Diese Beschleunigungsfeder ist als Biegefeder ausgeführt und wird durch Verdrehen des Schaltbetätigungselementes in Freigaberichtung vorgespannt. Durch das Vorspannen der Beschleunigungsfeder wird zwar die für den Freigabevorgang am Drehgriff zu erbringende Schaltleistung erhöht, doch unterstützt dies das Bestreben nach, in beide Drehrichtungen, möglichst gleichen Schaltkräften.

Die in den beiden Patentschriften aufgezeigten Schalter sind zwar funktionsfähig, jedoch hinsichtlich Abstimmbarkeit des Schaltverhaltens bzw. Anpassung und Angleichung der in beide Drehrichtungen erforderlichen Schaltkräfte verbesserungsfähig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schaltermechanismus zu schaffen, der eine Abstimmung und Angleichung der in beide Drehrichtungen auftretende Schaltkräfte ermöglicht sowie unkompliziert und kostengünstig hergestellt werden kann.

Die gemäß den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche vorgeschlagene Lösung eignet sich sowohl für Hebel- als auch für Drehschalter.

Mit diesem Schaltermechanismus wird die Anpassung und Angleichung der in beide Drehrichtungen erforderlichen Schaltkräfte mit günstig herstellbaren Komponenten, insbesondere mit einfachen Biegefedern erreicht. Die erste Biegefeder fungiert als Rastelement und greift mit einer Haltekontur in eine entsprechende Rastkontur ein. Dabei kann das Rastelement sowohl am Schaltergehäuse als auch an der Seilspule angelenkt sein und sich mit seiner Haltekontur an der entsprechenden Rastkontur an der Seilspule bzw. am Schaltergehäuse abstützen. Die zweite Biegefeder wirkt als Beschleunigungsfeder, sie wird parallel zum Rastelement bzw. über diesem angeordnet und an der Seilspule oder am Schaltergehäuse befestigt. Die erforderlichen Federkräfte bzw. Federkraftverläufe werden durch geeignete Materialauswahl und Federdimensionierung erzielt. Die Biegefedern sind sehr platzsparend zwischen Schaltergehäuse und Seilspule anzuordnen und können bei Bedarf einfach gegen härtere oder weichere Federn ausgetauscht werden.

Ein besonderes Augenmerk wird auf den Ablauf des Freigabevorganges gerichtet. Zum einen soll das Freigabemoment an das Aufziehmoment angeglichen, also erhöht werden und zum anderen soll der Freigabevorgang möglichst rasch ablaufen. Dies wird im wesentlichen mit der Beschleunigungsfeder erreicht, die mit dem Rastelement zusammenwirkt. Der Freigabevorgang wird durch eine Bewegung des Betätigungselementes eingeleitet. Mit dem Betätigungselement wird auch der Ausheber bewegt, der dabei über die Beschleunigungsfeder gleitet und diese gegen das, in Richtung Rastkontur, vorgespannte Rastelement drückt. Die hierfür erforderliche Schaltkraft steht im Gleichgewicht mit der Summe der von der aktuellen Ausheberposition abhängigen Kraft der Beschleunigungsfeder und des Rastelementes. Die Schaltkraft kann besonders einfach durch die Definition des Kraftverlaufes der Beschleunigungsfeder variiert werden. Wird der Freigabevorgang fortgesetzt, so verbiegen sich die Beschleunigungsfeder und das Rastelement soweit, bis die Haltekontur des Rastelementes aus der Rastkontur herausgedrückt wird. Die Beschleunigungsfeder und das Rastelement entspannen sich schlagartig und beschleunigen bzw. bewegen dabei die Seilspule, unterstützt durch die Seilzugvorspannung, in Abwickelrichtung. Diese Abwickelbewegung wird erst gestoppt, wenn die Haltekontur des Rastelementes wieder in eine neue Rastposition an der Rastkontur einrastet und damit den Freigabevorgang beendet. Das Einklinkgeräusch des federvorgespannten Rastelementes signalisiert jeweils das Erreichen einer neuen Gangstufe.

Die Beschleunigungsfeder kann über oder unter dem Rastelement positioniert werden. Wenn eine besonders große Federkraft gefordert wird, können sogar auf beiden Seiten des Rastelementes Beschleunigungsfedern angeordnet werden.

Es ist jedoch besonders vorteilhaft, die Beschleunigungsfeder über dem Rastelement bzw. zwischen Rastelement und dem Ausheber anzuordnen, dabei addieren sich beide Federkräfte in Freigaberichtung. In Aufziehrichtung muss jedoch nur die, gegen die Rastkontur am Schaltergehäuse gerichtete Vorspannkraft des Rastelementes überwunden werden. Die zum Einleiten des Aufziehvorganges erforderliche Schaltbetätigungskraft setzt sich im wesentlichen aus der aktuell anstehenden Seilzugvorspannkraft, der zur Überwindung der Rastposition erforderlichen, aus der Federkraft des vorgespannten Rastelementes resultierenden Haltekraft sowie der Schaltbewegung entgegenwirkenden Reibungs- und Losbrechkraft zusammen. Die für den Schaltvorgang im Getriebe erforderliche Schaltkraft wird in der Regel erst wirksam, wenn die Federvorspannung des Rastelementes überwunden ist und sich die Haltekontur aus der Rastkontur herausbewegt. Die zum Einleiten des Freigabevorganges erforderliche Schaltbetätigungskraft ergibt sich aus den zu überwindenden Federkräften der Beschleunigungsfeder und des Rastelementes sowie der zur Überwindung der Rastposition erforderlichen Haltekraft. Die in Freigaberichtung wirkende Kraft des vorgespannten Seilzuges wirkt erst, nachdem die Rastposition aufgehoben ist.

Die Angleichung der für beide Schaltrichtungen erforderlichen Schaltkräfte erfolgt durch Anhebung der Schaltkraft in Freigaberichtung, insbesondere durch die Verstärkung der Federkraft des Rastelementes mit einer zusätzlichen Beschleunigungsfeder. Eine Veränderung der Freigabekraft bzw. deren Anpassung an die Aufziehkraft kann durch einfaches Austauschen der Beschleunigungsfeder gegen eine andere, mit unterschiedlicher Federkennlinie, realisiert werden. Die Federkraft der Beschleunigungsfeder und die Federkraft des Rastelementes addieren sich bei einer Schaltbewegung in Freigaberichtung. Sie ergeben über den Schaltweg, vom Beginn der Schaltbewegung bis zum Überspringen der Rastposition, einen steigenden Schaltkraftverlauf. Zum einen hängt dieser Schaltkraftverlauf vom Verlauf des Federspannweges ab, den der Ausheber beim Überstreichen der Beschleunigungsfeder bzw. des Rastelementes ausführt. Dieser Federspannweg kann je nach Lage der Schwenkachse des Aushebers bzw. der konstruktiven Festlegung der Ausheberbahn, einen linearen oder einen progressiven bzw. degressiven Verlauf nehmen. Die Kontaktbahn des Aushebers ist vorzugsweise so ausgebildet, dass zum Auslösezeit punkt eine größere Kontaktkraft zwischen Ausheber und Beschleunigungsfeder besteht und sich ein steigender Schaltkraftverlauf in Freigaberichtung einstellt.

Zum anderen wird der Schaltkraftverlauf maßgebend durch den, sich aus dem Zusammenwirken der Beschleunigungsfeder und dem Rastelement ergebenden Federkraftverlauf beeinflusst. Mit der gezielten Auswahl einer Beschleunigungsfeder mit entsprechender Federkennlinie wird der Federkraftverlauf festgelegt. Durch Austauschen und Anpassen der Beschleunigungsfeder kann der Verlauf der Schaltbetätigungskraft mit einfachen Mitteln abgestimmt werden.

Der erfinderische Schaltermechanismus, insbesondere die Verwendung von einfachen Biegefedern und ihre gemeinsame Befestigung mit dem Rastelement an der Seilspule bzw. am Schaltergehäuse, ermöglicht eine leichte Abstimmung der relativ zur Aufziehkraft geforderten Freigabekraft. Es ergibt sich ein kompakter und kostengünstiger Schalteraufbau, der sich sowohl für Hebel- als auch für Drehschalter eignet. Für die Schaltfunktion ist es unerheblich, ob die Biegefedern von der Seilspule gehalten werden und das Rastelement in die Rastkontur am Schaltergehäuse einrastet, oder ob die Biegefedern am Schaltergehäuse befestigt sind und das Rastelement in eine Rastkontur an der Seilspule eingreift.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Anhand von vier Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel zur weiteren Erläuterung der Erfindungsmerkmale gezeigt:
1 zeigt in einer Explosionsdarstellung die Einzelteile eines Drehschalters
2 zeigt eine 3 D-Darstellung des geöffneten Drehschalters in der Rastposition
3 zeigt eine 3 D-Darstellung des geöffneten Drehschalters mit gespannten Federn kurz nach Verlassen der Rastposition
4 zeigt in einer 3 D-Darstellung die Befestigung der Beschleunigungsfeder und des Rastelementes an der Seilspule
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
In 1 werden in einer Explosionsdarstellung die wesentlichen Bauteile einer bevorzugten Ausführung anhand eines Drehschalters gezeigt. Dieser Schalter setzt sich aus dem Schaltermechanismus und den tragenden Bauteilen zusammen. Die tragenden Bauteile sind das Schaltergehäuse 1 mit integrierter Lenkerklemme 2 und einer Seilzugaufnahme 3 sowie einem Griffträger 4. Der Schaltmechanismus ist auf dem Griffträger 4 gelagert, der einteilig mit dem Schaltergehäuse 1 verbunden ist. Die Schaltbewegung in Aufziehrichtung wird vom Betätigungselement 5 formschlüssig über einen Mitnehmen 6 direkt auf die Seilspule 7 übertragen. Das Rastelement 8 ist als Biegefeder ausgebildet und an beiden Enden angewinkelt. Das eine Ende wird in eine entsprechende Aufnahmekontur 9 an der Seilspule 7 eingeklemmt. Das Rastelement 8 ist in Richtung Rastkontur am Schaltergehäuse 1 vorgespannt und verfügt am anderen Ende über eine Haltekontur 11, die sich in der Rastposition an der Rastkontur abstützt. Bei einer Schaltbetätigung in Aufziehrichtung gleitet das Rastelement 8 solange über die Rastkontur, bis die Schaltbewegung beendet wird. Dann stützt das Rastelement 8 bzw. die von der Seilzugspannung in Freigaberichtung vorgespannte Seilspule 7 wieder an der Rastkontur ab.
Beim Freigabevorgang drückt der Ausheber 12 das Rastelement 8 aus der Rastposition heraus. Der Ausheber 12 ist ebenfalls mit dem Betätigungselement 5 drehfest verbunden und drückt bei einer Schaltbewegung in Freigaberichtung das Rastelement 8 aus der Rastkontur heraus. Zwischen Rastelement 8 und Ausheber 12 ist eine Beschleunigungsfeder 13 angeordnet, die ebenfalls in die Aufnahmekontur 9 an der Seilspule 7 eingelegt wird. Die Beschleunigungsfeder 13 wird in dieser Anordnung, nur bei einem Schaltvorgang in Freigaberichtung aktiviert, dabei wird sie vom Ausheber 12 gegen das Rastelement 8 gedrückt. Beschleunigungsfeder 13 und damit auch das Rastelement 8 werden vom Ausheber 12 solange gespannt, bis das Rastelement 8 aus der Rastkontur herausspringt. Die Beschleunigungsfeder 13 übernimmt zwei Funktionen, sie erhöht gezielt die Schaltbetätigungskraft in Freigaberichtung und beschleunigt nach Überwindung der Rastposition die Seilspule 7. Da dem Ausheber 12 zusätzlich zur Federkraft des Rastelementes 8 auch noch die Beschleunigungsfederkraft entgegensteht, erhöht sich die Schaltkraft in Freigaberichtung erheblich. Durch Auswahl einer geeigneten Beschleunigungsfeder 13 kann die Schaltkraft in Freigaberichtung soweit erhöht werden, bis die Schaltkräft in Freigaberichtung in der gewünschten Relation zur Aufziehkraft steht.
Dieser Schaltmechanismus ermöglicht einen sehr platzsparenden, einfachen Schalteraufbau und ist um eine zentrale Achse angeordnet. Hierdurch eignet er sich besonders für Drehschalter. Die einfachen Biegefedern und ihre gemeinsame Befestigung in einer Aufnahmekontur 9 an der Seilspule 7 ergeben einen besonders kostengünstigen Schalter. Die Anordnung der Biegefedern zwischen Seilspule 7 und Schaltergehäuse 1 ergibt zudem einen kompakten Schalteraufbau.
2 zeigt einen geöffneten Drehschalter in der Rastposition. Das Rastelement 8 greift mit seiner Haltekontur 11 in die Rastkontur 10 ein und verhindert so ein ungewolltes Verdrehen der in Freigaberichtung vorgespannten Seilspule 7. Die Beschleunigungsfeder 13 ist über dem Rastelement 8 positioniert und wird gemeinsam mit diesem in der Aufnahmekontur 9 an der Seilspule 7 gehalten. Der Ausheber 12 liegt an der Beschleunigungsfeder 13 an. Beim Verdrehen des Betätigungselementes in Freigaberichtung drückt der Ausheber 12 gegen die Beschleunigungsfeder 13 und diese auf das Rastelement 8 bis sich die Haltekontur 11 des Rastelementes 8 aus der Rastkontur 10 herausbewegt. Dabei entspannt sich das Rastelement 8 und die Beschleunigungsfeder 13, wodurch die Vorspannkraft des von der Seileinhängung 14 aufgenommenen und durch die Seilzugaufnahme 3 geführten Schaltzuges noch verstärkt wird und sich die Seilspule 7 in Freigaberichtung verdreht.
3 zeigt den geöffneten Drehschalter kurz nach Verlassen der Rastposition. Die als Biegefeder ausgebildete Beschleunigungsfeder 13 und das Rastelement 8 werden vom Ausheber 12 gespannt und dabei die Haltekontur 11 aus der Rastkontur 10 herausgedrückt. Wenn die Haltekontur 11 die Rastkontur 10 verlässt, entspannen sich die vom Ausheber 12 gespannte Beschleunigungsfeder 13 und das Rastelement 8 schlagartig und beschleunigen somit die Seilspule 7. Die Haltekontur 11 des Rastelementes 8 gleitet entlang der Rastkontur 10, bis sie wieder in die nächste Vertiefung eintaucht und so die Schaltbewegung wieder beendet.
Die 4 zeigt die Anordnung der Beschleunigungsfeder 13 und des Rastelementes 8 an der Seilspule 7. Die Seilspule 7 wird bei der Montage auf den Griffträger aufgesteckt und dort drehbar gelagert. Die Beschleunigungsfeder 13 und das Rastelement 8 werden in die Aufnahmekontur 9 an der Seilspule 7 eingelegt bzw. dort eingeklemmt. Zur formschlüssigen Befestigungssicherung ist jeweils ein Ende beider Biegefedern um ca. 90° gebogen. Das andere Ende des Rastelementes 8 ist ebenfalls umgebogen und bildet die Haltekontur 11, über die sich das Rastelement 8 und damit auch die Seilspule 7 an der Rastkontur am Schaltergehäuse abstützen. Das Ende des federvorgespannten Seilzuges wird von der Seileinhängung 14 formschlüssig aufgenommen. Die Federkraft der Beschleunigungsfeder 13 wird so abgestimmt, dass sie zusammen mit der Federkraft des Rastelementes 8 die gewünschte Schaltbetätigungskraft in Freigaberichtung am Betätigungselement ergeben, bzw. sich dort die gewünschte Schaltkraft einstellt.

1: Schaltergehäuse
2: Lenkerklemme
3: Seilzugaufnahme
4: Griffträger
5: Betätigungselement
6: Mitnehmer
7: Seilspule
8: Rastelement
9: Aufnahmekontur
10: Rastkontur
11: Haltekontur
12: Ausheber
13: Beschleunigungsfeder
14: Seileinhängung

Claims

Schaltermechanismus zur Betätigung mindestens einer Mehrgangschaltung an einem Fahrrad bestehend aus: – einem Schaltergehäuse (1) – einer Seilspule (7) mit einem Seilzug – einer Rasteinrichtung mit einem Rastelement (8) und einer Rastkontur (10) – einer Beschleunigungsfeder (13) zum Beschleunigen der Seilspule (7) in Freigaberichtung – einem Ausheber (12) – sowie mindestens einem Betätigungselement (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Rastelement (8) zwischen Seilspule (7) und Schaltergehäuse (1) angeordnet ist und sich zum Fixieren der Seilspule (7) mit einer Haltekontur (11) an einer Rastkontur (10) abstützt und dass beim Freigabevorgang ein vom Betätigungselement (5) bewegter Ausheber (12) mindestens eine Beschleunigungsfeder (13) und das Rastelement (8) soweit spannt, bis das Rastelement (8) aus der Rastkontur (10) herausspringt.
Schaltermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsfeder (13) und das Rastelement (8) als Biegefeder ausgebildet und einseitig an der Seilspule (7) befestigt sind, wobei die Haltekontur (11) des Rastelementes (8) in eine Rastkontur (10) am Schaltergehäuse (1) eingreift.
Schaltermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsfeder (13) und das Rastelement (8) als Biegefeder ausgebildet und einseitig am Schaltergehäuse (1) befestigt sind, wobei die Haltekontur (11) des Rastelementes (8) in eine Rastkontur (10) an der Seilspule (7) eingreift.
Schaltermechanismus nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsfeder (13) und das Rastelement (8) zusammen montiert und gemeinsam von einer Aufnahmekontur (9) gehalten werden und die Beschleunigungsfeder (13) zwischen Ausheber (12) und Rastelement (8) angeordnet ist.
Schaltermechanismus nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigungsfeder (13) und das Rastelement (8) zusammen montiert und gemeinsam von einer Aufnahmekontur (9) gehalten werden und das Rastelement (8) zwischen Ausheber (12) und Beschleunigungsfeder (13) angeordnet ist.
Schaltermechanismus nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung bzw. Erhöhung der in Freigaberichtung erforderlichen Schaltbetätigungskraft über die Beschleunigungsfeder (13) erfolgt bzw. wahlweise Beschleunigungsfedern (13) mit unterschiedlichen Federkraftverläufen eingesetzt werden.
Schaltermechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Federkräfte der Beschleunigungsfeder (13) und des Rastelementes (8) beim Freigabevorgang addieren und durch ihre Entspannung die Seilspule (7) beschleunigen, wenn die Rastfunktion aufgehoben ist.
Schaltermechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltbetätigungskraft, die beim Spannen der Beschleunigungsfeder (13) und des Rastelementes (8) durch die Bewegung des Aushebers (12) in Freigaberichtung entsteht, bis zum Aufheben der Rastposition ansteigt.
Schaltermechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Schaltbetätigungskraft, die beim Spannen der Beschleunigungsfeder (13) und des Rastelementes (8) in Freigaberichtung entsteht, durch das Einwirken des Aushebers (12) auf die Beschleunigungsfeder (13) und das Rastelement (8) und oder durch den Federkraftverlauf der Beschleunigungsfeder (13) und des Rastelementes (8) beeinflusst bzw. gezielt abgestimmt wird.