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Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung für Schaltgetriebe für Fahrräder mit einer Nabenschaltung in der Hinterradnabe und mit einer Kettenschaltung auf der Hinterradachse, wobei beide Schaltungen von einem Lenkerhandgriff aus gesteuert sind. Die Steuerung beider Schaltungen erfolgt an einem einzigen Lenkerhandgriff. Die Übersetzungsverhältnisse beider Schaltungen überlappen einander.
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Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der
DE 19609723 C2 bekannt. Dort sind, mit einem Hand-Drehgriff kinematisch verbunden, zwei starr miteinander verbundene Umfangskurven gezeigt, denen je ein Schlepphebel zugeordnet ist, an deren Enden je ein Bowdenzug für je eine Schaltung eingehängt ist. Mit diesen Bowdenzügen werden in herkömmlicher Weise zwei Kettenschaltungen gesteuert. Von dieser Vorveröffentlichung her ist es bekannt, die dort gezeigte Schaltungsanordnung auf die Kombination einer Hinterrad-Kettenschaltung und einer Hinterrad-Nabenschaltung anzuwenden. Diese Betätigungsvorrichtung baut recht groß, weil die Kurvenscheiben in einem axial auf den Handdrehgriff aufgesetzten Gehäuse untergebracht sind. Das Gehäuse liegt auf der dem Vorbau zugewandten Seite des Handgriffs in dessen Verlängerung. Da die meisten Fahrradlenker eine geschwungene Form haben und Zubehör vorzugsweise auf den geraden Abschnitten des Lenkers angebracht wird, beeinträchtigt die Verlängerung des Handgriffs nach diesem Vorschlag das Platzangebot am Lenker zur Montage von Zubehör.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen kurzen und einfachen Schaltdrehgriff für Fahrradlenker aufzuzeigen, der beide Gangschaltungen des Fahrrads steuert.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 wiedergegeben. Die Mittel zur Steuerung der beiden Gangschaltungen sind in den von der Hand umgriffenen Bereich des Drehhandgriffs verlegt. Sie machen den Handgriff etwas dicker, erlauben es jedoch, z. B. den Bremshebel axial näher an den Handgriff heranzuführen. Die Ausgestaltung der Steuerkurven als Kulissen erübrigt die sonst übliche gefederte Vorspannung der Kurvenfolger, die baulich aufwendiger ist und jeweils montiert werden muss. Der Wechsel bei der Betätigung der beiden Schaltungen ist universell zu verstehen. Dem Ziel einer gleichmäßigen Stufung der Übersetzungsverhältnisse folgend, kann sowohl eine alternative Betätigung der Gangschaltungen gemeint sein als auch eine gleichzeitige Betätigung beider Schaltungen im Wechsel mit einer alternativen Schaltung.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Übersetzungssprünge von Gang zu Gang bei der Nabenschaltung und bei der Kettenschaltung unterschiedlich groß sind. Bei der Verwendung bekannter Nabenschaltungen, insbesondere 3-Gang-Naben, liegen die größeren Übersetzungssprünge bei ca. 35 Prozent und haben einen Vorgelege-Charakter, während bei Kettenschaltungen am Hinterrad die Übersetzungssprünge von Gang zu Gang üblicherweise unter 20 Prozent liegen. Die vorliegende Erfindung erlaubt es deshalb in den meisten Fällen die Betätigungsvorrichtung nachzurüsten und durch geeignete Gestaltung der Kulissen eine gleichmäßig gestufte Gesamtübersetzung einzustellen, die einen großen Bereich an Übersetzungen abdeckt.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens eine Kulisse zick-zack-förmige Kurvenabschnitte aufweist. Dabei handelt es sich um die Kulisse, die zu der Schaltung mit der feineren Stufung der Übersetzungsverhältnisse, also normalerweise der Kettenschaltung gehört. Der Zick-Zack-Verlauf dient der Abmilderung eines großen Übersetzungssprunges der 3-Gang-Nabe, wobei gleichzeitig die Kettenschaltung einen Gang zurückgeschaltet wird. Dabei handelt es sich um eine Synchronschaltung von Kette und Nabe. Durch die Verwendung einer Getriebenabe anstelle einer Tretlager-Kettenschaltung werden die erforderlichen Schaltkräfte reduziert, was sich insbesondere bei der Synchronschaltung positiv auswirkt.
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Zur baulichen Vereinfachung der Betätigungsvorrichtung ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zwei Schieber mit den Kulissensteinen koaxial angeordnet sind und axial beweglich sind. Beide sind am Lenkerrohr direkt oder an einer darüber geschobenen Hülse geführt.
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Um eine Erleichterung der Schaltvorganges zu erzielen, wird ergänzend vorgeschlagen, dass die Betätigung der Kettenschaltung und der Nabenschaltung motorisch erfolgen. In erster Linie ist daran gedacht Elektromotoren zu verwenden.
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Nach einem ergänzenden Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der motorische Antrieb auf eine Hülse mit Kulisse geht. Dabei ist dann nur ein Antriebsmotor für beide Schaltungen erforderlich.
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In alternativer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Schieberstellungen sensorisch erfasst werden und die beiden Schaltungen von je einem Elektromotor geschaltet werden.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Steuerung und der Antrieb der beiden Schaltungen aus einem Akku am Fahrrad gespeist werden. Das erlaubt im beschränkten Umfang eine Schaltung im Stand. Bei einer doppelt gegen Anschlag gefederten Übertragung des Schaltweges stellt die Schaltbetätigung nur eine Vorwahl dar, die, sobald es die Federkräfte zulassen, in einen Schaltvorgang münden. Dieses Merkmal dient als Überlastsicherung für die motorische Schaltung ohne Präzisionsverlust.
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Die Erfindung wird im Einzelnen anhand der Zeichnung erläutert, dabei zeigen:
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1: einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht eines Fahrrades;
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2: eine Gesamtansicht der Hinterradnabe;
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3: eine Lenkeransicht;
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4: einen Längsschnitt durch den Lenker-Handgriff eines Fahrrades mit Schaltungen nach der Erfindung.
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5: eine tabellarische Übersicht über die Übersetzungen;
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1 zeigt ein Fahrrad 12 mit einem Rahmen 29, einem Hinterrad 15, einer Kette 31 und einem Pedal 28, das mit einem Kettenblatt 27 starr verbunden ist. Am Hinterrad 15 ist eine Kettenschaltung 13 mit einem Satz von Kettenritzeln 25 einem Schaltzug 32 und einem Umwerfer 34 vorgesehen.
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Wie aus 2 ersichtlich, ist neben der Kettenschaltung 13 auch noch eine Nabenschaltung 14 vorgesehen, deren Abstufungen in vorteilhafter Weise kombiniert sind, was anhand der 5 noch erläutert wird. An der Nabe 16 sind, wie üblich, zwei Lochkränze 35 zum Einhängen der Speichen (nicht gezeigt) ausgebildet. Die mit Gewinde versehene Hinterradachse 37 wird, wie üblich in die Ausfallenden des Rahmens 29 eingehängt und dort festgeschraubt. Aus der Achse 37 ist auf der rechten Seite der Schaltzug 33 für die Nabenschaltung 14 herausgeführt.
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In 1 ist weiter gezeigt, dass der Schaltzug 32 für die Kettenschaltung 13 und der Schaltzug 33 für die Nabenschaltung 14 von je einem Motor 18, 19 unmittelbar betätigt werden. Die Motoren 18, 19 sind über Leitungen 36, 37 mit einer Steuerbaugruppe 20 verbunden, die an das elektrische Bordnetz mit einem Dynamo 23 und einem Akku 24 und einer Steuerleitung 30 zu einem Handgriff 21 und einer Ganganzeige 26 (s. 3) und den üblichen elektrischen Einrichtungen, wie Licht, etc., angeschlossen ist. Die Motoren 18, 19 sind an der waagerechten Hinterradgabel befestigt.
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Die in 5 wiedergegebene Tabelle zeigt für die einzige Betätigungsvorrichtung 17 aus 4 für beide Schaltungen 13, 14, dass die Übersetzungen beider Schaltungen 13, 14 miteinander verzahnt sind und dass dennoch die einzelnen geometrischen Stufen, aus beiden Schaltungen 13, 14 zusammengenommen, nur in einem engen Rahmen voneinander abweichen. Das Nabengetriebe 14 im Hinterrad bildet eine Art Vorgelege für die Kettenschaltung 13. Die Zahlen in 5 beruhen auf Übersetzungen aus einem real existierenden Nabengetriebe und auf im Handel erhältlichen Zahnritzeln 25.
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Wie aus 4 ersichtlich, verfügt die Nabenschaltung 14 über die Gänge a, b, c, die nach der Erfindung mit acht Gängen d, e, f, g, h, i, j, k der Kettenschaltung 13 kombiniert werden.
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Ausgehend von der langsamsten Gangkombination „a–d” wird in wechselnder und einander überlappender Folge die Nabenschaltung 14 und die Kettenschaltung 13 nach Vorgabe der Kulissen 2, 3 betätigt. Um die großen Schaltsprünge der 3-Gang-Nabenschaltung 14 auf ein angestrebtes Maß von 15% zu reduzieren, führt das erfindungsgemäße Schaltsystem zwei Schaltvorgänge, je einen in der Nabenschaltung 14 und einen in der Kettenschaltung 13 gleichzeitig durch. Was das Gesamtüberetzungsverhältnis des Schaltvorgangs anbetrifft, sind diese zwei synchronen Schaltvorgänge gegenläufig.
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Diese gegenläufigen Schaltvorgänge kommen in den vorläufigen Kulissenabschnitten 40, 48 der Kulisse 3 zum Ausdruck, die synchron mit den rückläufigen Kulissenabschnitten 45, 46 an der Kulisse 2 benutzt werden. Zwischen den rückläufigen Kulissenabschnitten 45, 46 befindet sich ein langer Abschnitt 38, in dem zwischen den Schaltstufen d und h kontinuierlich hochgeschaltet wird. Im Anschluss an den rückläufigen Kulissenabschnitt 46 der Kulisse 2 folgt eine Serie von Gängen g bis k der Kettenschaltung 13, die ein kontinuierlich steigendes Übersetzungsverhältnis darstellt. In den mit den vorbeschriebenen Abschnitten 38, 39 der Kulisse 2, die für die Kettenschaltung 13 steht, korrelierenden Abschnitten 47, 49 der für die Nabenschaltung zuständigen Kulisse 3 findet derweilen keine Veränderung statt.
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Da Nabenschaltungen 14 grundsätzlich leichtgängig sind, bestehen kraftmäßig keine Probleme mit der Synchronbetätigung von Getriebeschaltung 14 und Kettenschaltung 13 an einem einzigen Handgriff 21. Durch die abgestimmte, vorgegebene Betätigung der Nabengetriebeschaltung 14 und der Kettenschaltung 13 mit gemeinsamer Schaltung an einer einzigen als Handbetätigung ausgebildeten Betätigungsvorrichtung 17 am Handgriff 21 am Lenker 22 entsteht bei dem Fahrradfahrer der Eindruck einer einzigen Schaltung, die von dem Fahrradfahrer schaltgefühlsmäßig wahrgenommen wird.
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Durch die elektrischen Motoren 18, 19 werden die erforderlichen Schaltkräfte minimiert. Aber auch ohne die Motoren 18, 19 werden die erforderlichen Schaltkräfte durch die Verwendung einer Nabenschaltung 14 gegenüber einer zweiten Kettenschaltung am Tretlager reduziert.
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Die gewünschte Entfaltung lässt sich durch geeignete Auswahl der Zähnezahl des Kettenblattes 27 in geeigneter Weise einstellen.
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Im Ergebnis erlaubt es die Erfindung, aufbauend auf real existierende Schaltungen für Kette und Nabe, eine große Variation des Übersetzungsverhältnisses der zwei zusammengefassten Schaltungen zu gestalten und dabei etwa gleichmäßige Stufensprünge von Gang zu Gang einzuhalten, ohne dass der Fahrradfahrer wissen müsste, an welchem Schaltgriff er schalten muss.
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In 3 ist ein Lenker 22 an einem Vorbau 50 für das Fahrrad 12 gezeigt, an dem beide Schaltungen 13, 14 von einer einzigen Betätigungsvorrichtung 17 in einem Handgriff 21 gesteuert werden. Als Bowdenzüge ausgeführte Leitungen 6, 9 führen bei 30 (1) zu der Steuerbaugruppe 20. Die gemeinsame Ganganzeige 26 von beiden Schaltungen ist elektrisch an die Steuerbaugruppe 20 angeschlossen.
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Mit dem in 4 gezeigten Handgriff 21 werden beide Schaltungen 13, 14 betätigt. Der Handgriff 21 weist außen eine Kulissenhülse 1 mit einem übergezogenen Gummihandgriff 43 auf, wobei in der Kulissenhülse 1 ein Kulissenstein 8 für die Nabenschaltung 14 und ein Kulissenstein 5 für die Kettenschaltung 13 gleiten. Die Kulissensteine 5, 8 haben vorzugsweise eine Bolzenform oder damit kombiniert eine Rollenform. Die Kulissenhülse 1 ist in dem oberen Teil der 4 abgewickelt dargestellt. Sie weist eine Kulisse 3 für die Nabenschaltung 14 und eine Kulisse 2 für die Kettenschaltung 13 auf. Nur die Kulisse 3 für die Nabenschaltung 14 weist rechtwinklig zu den Mantellinien der Kulissenhülse 1 verlaufende Abschnitte 47, 49, die für keinen Schaltvorgang stehen, und schräg dazu verlaufende Abschnitte 40, 48 auf, in denen zwischen den Gängen a, b und c der Nabenschaltung 14 geschaltet wird. Die Kettenschaltung 13 wird bei jedem Schaltvorgang betätigt.
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Die Kulissensteine 5, 8 sind, wie in 4 dargestellt, in Schlitten 4, 7 fest eingebaut. Die Schlitten 4, 7 sind mit Passfedern 10 gegen Verdrehen gegen eine lenkerfeste Achse 11 gesichert. Die Schlitten 4, 7 können nur axial auf der Achse 11 gleiten. Beide Schlitten 4, 7 sind im Handgriff 21, im Griffbereich der Hand axial hintereinander angeordnet. An dem Schlitten 7 für die Nabenschaltung 14 ist der Bowdenzug 9 angeschlossen, wobei durch Drehen an der Hülse 1 Seele gegen Hülle des Bowdenzuges 9 achsparallel zur Lenkerachse 11 verschoben werden. Der Schlitten 4 macht das Gleiche mit dem Bowdenzug 6 für die Kettenschaltung 13. Hierzu hat der Schlitten 4 eine Axialbohrung 42, die von der Seele des Bowdenzuges 9 durchdrungen ist. Die Axialbohrung 42 kann auch als Nut außen oder innen am Schlitten 4 entlang einer Mantellinie des Schlittens 4 ausgeführt sein. Beide Bowdenzüge 6, 9 sind zum Vorbau 50 (3) hin aus dem Handgriff 21 herausgeführt.
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Bei Drehung der Kulissenhülse 1 wird zunächst nur die Kettenschaltung 13 über den Kulissenabschnitt 44 gesteuert. Die Nabenschaltung 14 ruht bei diesem ersten Schaltvorgang an der Kette 31. Der Kulissenstein 8 gleitet dazu ohne Axialverschiebung in seinem Kulissenabschnitt 41. Danach wird beim nächsten Schaltvorgang durch weiteres Drehen am Handgriff 21 die Kettenschaltung 13 mit dem Abschnitt 45 der Kulisse 2 und gleichzeitig die Nabenschaltung 14 im Bereich des Kulissenabschnittes 40 betätigt. Die beiden Schaltwege an den Kulissen 2 und 3 sind bei diesem Schaltvorgang gegenläufig, so dass sich die beiden Schaltungssprünge in ihrer prozentualen Darstellung, vereinfacht gesagt, subtrahieren. Immer wenn das Naben-Schaltgetriebe 14 einen Schaltvorgang durchführt (Abschnitte 40, 48), werden dessen große Schaltsprünge durch ein Gegenschalten der Kettenschaltung 13 abgemildert. Durch die Anordnung der Schaltmittel im Griffbereich der Hand entsteht ein größerer Durchmesser des Handgriffs 21, der alternativ erlaubt feinfühliger zu schalten bzw. mehr Schaltstellungen pro Umdrehung des Schaltgriffes zu unterscheiden oder größere Drehmomente einzuleiten für den Schaltvorgang.
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Alle beschriebenen oder bildlich dargestellten Merkmale bilden für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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