Umwerfer für die Gangschaltung eines Fahrradantriebs und entsprechend ausgestattete Gangschaltung

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Umwerfer für die Gangschaltung eines Fahrradantriebs und eine mit einem solchen Umwerfer ausgestattete Gangschaltung.

Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist eine Kettenschaltung mit mindestens einem Kettenblatt an der Tretlagerwelle und mindestens einem Ritzel an der Hinterradnabe, wobei zumindest eines dieser beiden Kettenräder in mehrfacher Ausführung vorhanden ist und die Kettenblätter und Ritzel in größenmäßig aufsteigender bzw. absteigender Folge nebeneinander angeordnet sind. Die Kraftübertragung erfolgt, mit Hilfe eines geschlossenen kettenartigen Übertragungselements, das über ein Kettenblatt an der Tretlagerwelle und ein Ritzel an der Hinterradnabe geführt ist. Dabei ist jeder Gang der Gangschaltung durch eine bestimmte Kombination eines Kettenblatts und eines Ritzels definiert. Des Weiteren umfasst eine derartige Kettenschaltung eine Spannvorrichtung für das kettenartige Übertragungselement und mindestens einen betätigbaren Umwerfer, mit dem das kettenartige Übertragungselement zum Gangwechsel von einem Kettenblatt auf ein benachbartes Kettenblatt oder von einem Ritzel auf ein benachbartes Ritzel verlagert werden kann. Wesentlicher Bestandteil eines solchen Umwerfers sind Führungsmittel für das kettenartige Übertragungselement, die relativ zur Anordnung der Kettenblätter bzw. Ritzel bewegbar sind. Außerdem umfasst der Umwerfer Mittel zur Befestigung am Fahrradrahmen und Betätigungsmittel.

Die Umwerfer der aus der Praxis bekannten Kettenschaltungen werden rein mechanisch mit Hilfe von Bowdenzügen betätigt. Der vordere Umwerfer umfasst ein Kettenleitstück, das über einen federbelasteten Gelenkmechanismus am Sitzrohr des Fahrradrahmens befestigt ist. Durch Betätigung des Schaltbowdenzugs wird dieses Kettenleitstück im Wesentlichen horizontal, relativ zur Anordnung der Kettenblätter verschoben. Dabei wird die Kette von einem Kettenblatt auf ein be- nachbartes Kettenblatt verlagert. Der hintere Umwerfer bildet zusammen mit einer Kettenspannvorrichtung das sogenannte Schaltwerk der Kettenschaltung. Es umfasst ebenfalls einen federbelasteten Gelenkmechanismus, der hier im Wesentlichen aus einem Schwenkkopf mit Schwenkarmen besteht. Die Schwenkarme sind an einem Abstützkopf angelenkt, der am Fahrradrahmen unterhalb der Hinterradnabe montiert ist. Des Weiteren umfasst das Schaltwerk eine federbelastete Kettenschaltschwinge, die um ihre Lagerachse schwenkbar am Schwenkkopf angeordnet ist. Die Kette läuft über zwei Kettenrädchen durch die Schaltschwinge und wird so zu den einzelnen Ritzeln an der Hinterradnabe geführt. Der Schaltbowdenzug des hinteren Umwerfers greift an den Schwenkarmen des Ge- lenkmechanismus an. Beim Schaltvorgang wird die Zugbewegung der Schwenkarme als Parallelverschiebung auf den Schwenkkopf und die Kettenschaltschwinge übertragen. Dadurch wird die Kette parallel verschoben und auf ein benachbartes Ritzel gehoben. Die Schaltschwinge mit den Kettenrädchen dient dabei nicht nur als Kettenführung sondern hat auch die Funktion eines Ketten- Spanners. Die Kettenschaltschwinge dreht sich nämlich beim Schaltvorgang gegen die Federkraft ihrer Rückholfeder soweit um ihre Lagerachse, bis Federkraft und Kettenspannung im Gleichgewicht sind, d.h. sich gegenseitig aufheben. Dadurch wird die freie Länge der Kette an den jeweiligen Ritzelumfang angepasst. Mit Hilfe der Schaltbowdenzüge kann immer nur in Zugrichtung Kraft übertragen werden. Der Schaltvorgang in die Gegenrichtung wird durch eine systeminhärente Gegenkraft, in der Regel die Rückstellkraft mindestens einer Rückholfeder, ermöglicht. Dementsprechend muss bei Betätigung eines Schaltbowdenzugs immer gegen diese Gegenkraft gearbeitet werden. Dadurch ist die bekannte Ket- tenschaltung, insbesondere in Verbindung mit einem zuschaltbaren Elektroantrieb, relativ träge und unpräzise. Außerdem ist der Betätigungsmechanismus der bekannten Kettenschaltung mit den Schaltbowdenzügen und Rückholfedern im Gelenkmechanismus der Umwerfer anfällig gegen Verschmutzung und wartungsintensiv. Offenbarung der Erfindung

Mit der vorliegenden Erfindung werden Maßnahmen vorgeschlagen, die den Schaltvorgang vereinfachen und eine sehr schnelle und präzise Verlagerung der Kette während des Schaltvorgangs ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird diese dadurch erreicht, dass die Führungsmittel des Um- werfers mit Hilfe einer Stellspindel relativ zur Anordnung der Kettenblätter bzw. Ritzel verschiebbar sind und dass die Stellspindel mit Hilfe eines Elektromotors antreibbar ist.

Die Betätigung des erfindungsgemäßen Umwerfers erfolgt also nicht manuell mit Hilfe eines Bowdenzugs sondern elektrisch mit Hilfe einer elektrisch angetriebenen Stellspindel. Ein wesentlicher Vorteil dieser Betriebsart ist, dass die Füh- rungsmittel und damit auch die Kette beim Schaltvorgang stets mit einer definierten Kraft verschoben werden, unabhängig davon, ob in einen höheren oder einen niedrigeren Gang geschaltet wird. Außerdem lassen sich die Führungsmittel und damit auch die Kette so sehr schnell verschieben und sehr exakt an einem Kettenrad positionieren. Die elektrisch angetriebene Stellspindel ermöglicht also sehr schnelle, präzise Gangwechsel in beide Richtungen, ohne dass der Fahrer manuelle Kraft für die Betätigung des Umwerfers aufbringen muss. Je schneller und präziser der Gangwechsel erfolgt, umso geringer ist der Verschleiß an Kette und Kettenrädern. Dementsprechend wirken sich die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch positiv auf die Lebensdauer von Kette und Kettenrädern aus.

Zudem eröffnen die erfindungsgemäßen Maßnahmen die Möglichkeit, den Schaltvorgang elektronisch zu steuern. Die Steuerung kann beispielsweise so ausgelegt werden, dass der Fahrer lediglich signalisieren muss, ob er in einen höheren Gang oder zurückschalten möchte, damit der oder die Umwerfer für die Kettenblätter und/oder Ritzel dann automatisch entsprechend angesteuert werden. Der Fahrer muss sich in diesem Fall keine Gedanken mehr um die optimale Wahl der Kettenblatt/Ritzel-Kombination machen. Des Weiteren kann die Steuerung eine Schalthysterese vorsehen, um einen sicheren und schnellen Gangwechsel zu unterstützen. Dabei wird die Endposition der Führungsmittel für einen bestimmten Gang zunächst gezielt überfahren, um die Position der Führungsmittel nach erfolgtem Gangwechsel entgegen der Schaltrichtung wieder zu korrigie- ren. Auf Basis der Fahrleistung und Drehzahl kann auch eine vollautomatische Gangwahl realisiert werden, was insbesondere bei Elektrofahrrädern mit motorunterstütztem Antrieb und Bordnetz interessant ist.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen können sowohl auf den vorderen Umwerfer angewendet werden, mit dem das kettenartige Übertragungselements von einem Kettenblatt auf ein benachbartes Kettenblatt verlagert wird, als auch auf den hinteren Umwerfer, der zum Verlagern des kettenartigen Übertragungselements von einem Ritzel auf ein benachbartes Ritzel dient.

Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen vorderen Umwer- fers umfasst mindestens ein Kettenleitstück mit einem inneren und einem äußeren Führungselement. Dieses Kettenleitstück ist relativ zur Anordnung der Kettenblätter verschiebbar auf einer am Fahrradrahmen fixierbaren Achse gelagert. Außerdem ist es mit einer parallel zu dieser Führungsachse ausgerichteten antreibbaren Stellspindel wirkverbunden. Das Kettenleitstück ist oberhalb der Kettenblätter anordenbar, so dass das kettenartige Übertragungselement zwischen den Führungselementen des Ketten leitstücks von oben über das der Stellung des Kettenleitstücks entsprechende Kettenblatt geführt wird.

Diese Ausführungsform eines erfindungsgemäßen vorderen Umwerfers ist dem vorderen Umwerfer einer herkömmlichen Kettenschaltung nachempfunden. Allerdings wurden der federbelastete Gelenkmechanismus, über den das Kettenleitstück am Fahrradrahmen befestigt ist, und der Schaltbowdenzug des herkömmlichen vorderen Umwerfers erfindungsgemäß durch eine am Fahrradrahmen fixierbare Führungsachse und eine elektrisch antreibbare Stellspindel ersetzt.

Wenn die Gangschaltung mit einer zusätzlichen Spannvorrichtung für die Kette bzw. das kettenartige Übertragungselement ausgestattet ist, kann der hintere Umwerfer einfach analog zu dem voranstehend beschriebenen vorderen Umwerfer realisiert werden. In diesem Fall umfasst der hintere Umwerfer mindestens ein Kettenleitstück mit einem inneren und einem äußeren Führungselement. Dieses Kettenleitstück ist relativ zur Anordnung der Ritzel verschiebbar auf einer am Fahrradrahmen fixierbaren Achse gelagert. Außerdem ist es mit einer parallel zu dieser Führungsachse ausgerichteten antreibbaren Stellspindel wirkverbunden.

Grundsätzlich kann das Kettenleitstück unterhalb oder auch oberhalb der Ritzel angeordnet werden, so dass das kettenartige Ubertragungselement zwischen den Führungselementen des Kettenleitstücks dem der Stellung des Kettenleit- stücks entsprechenden Ritzel von unten oder auch von oben zugeführt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der hintere Umwerfer dem hinteren Umwerfer einer herkömmlichen Kettenschaltung nachempfunden. Bei dieser Ausführungsform umfasst der hintere Umwerfer mindestens eine Umlenkrolle als Führungsmittel für das kettenartige Übertragungselement. Die Aufhängung dieser Umlenkrolle ist relativ zur Anordnung der Ritzel verschiebbar auf einer am Fahrradrahmen fixierbaren Achse gelagert. Außerdem ist diese Aufhängung mit einer parallel zu ihrer Führungsachse ausgerichteten antreibbaren Stellspindel wirkverbunden. Die Umlenkrolle ist in diesem Fall unterhalb der Ritzel angeordnet, so dass das kettenartige Übertragungselement dem der Stellung der Umlenkrolle entsprechenden Ritzel von unten zugeführt wird.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Aufhängung mit der mindestens einen Umlenkrolle in Form einer schwenkbar gelagerten und federbelasteten Schaltschwinge mit zwei Kettenrädchen realisiert sein kann, wie sie im Rahmen herkömmlicher Kettenschaltungen als Kettenführung und Spannvorrichtung verwendet wird. In diesem Fall ist keine zusätzliche Spannvorrichtung für die Kette erforderlich. Nur wenn die Gangschaltung eine zusätzliche Spannvorrichtung für die Kette umfasst, können sich die Führungsmittel des hinteren Umwerfers auf eine lediglich seitlich verschiebbare Aufhängung für eine Umlenkrolle beschränken.

Bei allen voranstehend genannten Ausführungsvarianten sind die Führungsmittel für das kettenartige Übertragungselement verschiebbar auf einer Achse gelagert, die am Fahrradrahmen fixiert wird. Zur mechanischen Stabilisierung der Umwerfer erweist es sich als vorteilhaft, wenn das eine Ende dieser Führungsachse am Fahrradrahmen fixiert wird und das andere, freie Ende der Führungsachse auf einem weiteren Kettenrad gelagert wird, das neben dem äußersten Kettenblatt bzw. Ritzel angeordnet ist, größer als das äußere Kettenblatt bzw. Ritzel ist und nicht als Antriebsrad dient.

Je nach Art der verwendeten Umwerfer kann es sinnvoll oder auch erforderlich sein, die erfindungsgemäße Gangschaltung mit einer von den Umwerfern unabhängigen Spannvorrichtung für das kettenartige Übertragungselement auszustat- ten. In einer konstruktiv einfachen und zuverlässigen Ausführungsform der Erfindung umfasst eine solche unabhängige Spannvorrichtung mindestens zwei Umlenkrollen, die voneinander beabstandet in einer Schwinge gelagert sind. Die Schwinge ist zwischen Tretlager und Hinterrad aufgehängt, so dass sie gegen eine Federkraft um die Aufhängungsachse drehbar ist und gegen eine Federkraft um ihren Aufhängungspunkt zwischen den beiden Umlenkrollen schwenkbar ist. Das kettenartige Übertragungselement wird über die beiden Umlenkrollen durch die Schwinge geführt, so dass sich die Schwinge je nach Kettenblatt/Ritzel- Kombination des eingelegten Gangs ausrichtet, bis die Kettenspannung und die Federkräfte der Rückstellfedern der Schwingenaufhängung im Gleichgewicht sind. Mit dieser Spannvorrichtung kann sowohl eine Längenanpassung der Kette an die jeweilige Kettenblatt/Ritzel-Kombination realisiert werden als auch ein Laufrichtungsausgleich zwischen dem Kettenblatt am Tretlager und dem Ritzel an der Hinterradnabe.

Der Laufrichtungsausgleich kann noch dadurch verbessert werden, dass die Schwinge der Spannvorrichtung horizontal verschiebbar aufgehängt wird, indem sie beispielsweise in einer horizontal ausgerichteten Schiene läuft.

Wie bereits erwähnt, kann die Spannvorrichtung der erfindungsgemäßen Gangschaltung aber auch - in Anlehnung an das Schaltwerk einer herkömmlichen Kettenschaltung - in die Führungsmittel des hinteren Umwerfers integriert sein. In diesem Fall wird das kettenartige Übertragungselement dem jeweiligen Ritzel über zwei Umlenkrollen zugeführt, die in einer federbelasteten Schwinge gelagert sind. Da die Federkraft der Schwinge dem Zug des kettenartigen Übertragungselements entgegenwirkt, wird über die Stellung der Schwinge ein Längenausgleich für das Übertragungselement realisiert und eine bestimmte Kettenspannung aufrechterhalten.

Die erfindungsgemäße Gangschaltung umfasst ein geschlossenes kettenartiges Übertragungselement. Dabei kann es sich um eine herkömmliche Fahrradkette handeln, beispielsweise um ein Rollen-Hülsenkette oder eine Lagerkragenkette. Jedoch können im Rahmen der erfindungsgemäßen Gangschaltung auch andere Übertragungselemente verwendet werden, da die elektrisch angetriebene Stellspindel nicht nur eine sehr schnelle Verlagerung des Übertragungselements von einem Kettenrad auf ein benachbartes Kettenrad ermöglicht sondern auch eine sehr exakte Zuführung des Ubertragungselements zu einem bestimmten Kettenrad.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Kugeldraht als kettenartiges Übertragungselement in Verbindung mit entsprechend ausgestalteten Kettenrädern verwendet. Ein derartiger Kugeldraht lässt sich einfacher als eine herkömmliche Fahrradkette seitlich von und auf ein entsprechendes Kettenrad schieben.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Betätigungsmittel für den oder die Umwerfer eine Bedieneinheit zur Gangwahl und eine der Bedieneinheit nachgeschaltete Steuerelektronik, über die der Elektromotor des mindestens einen Umwerfers angesteuert wird. Damit kann ein Schaltvorgang gemäß den Vorgaben des Fahrers und ggf. unter Berücksichtigung weiterer Steuerparameter, wie beispielsweise einer Schalthysterese, ausgeführt werden. Je nach Auslegung der Steuerung können Gangwechsel aber auch automatisch vorgenommen werden.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung regelt die Steuerelektronik die Position der Führungsmittel des Umwerfers nach jedem Gangwechsel automatisch nach, wobei Sensorinformationen über den Kettenlauf berücksichtigt werden.

Im Falle eines Fahrrads mit Elektroantrieb können die elektrischen Komponenten der erfindungsgemäßen Gangschaltung einfach über den Akku des Elektroantriebs mit Strom versorgt werden. Im Hinblick darauf, dass auch Fahrräder ohne Elektroantrieb mit der erfindungsgemäßen Gangschaltung ausgestattet werden können, ist es von Vorteil, wenn die erfindungsgemäße Gangschaltung mit einer eigenen Stromversorgung ausgestattet ist. So wird vorgeschlagen, mindestens einen Generator zur Stromversorgung des Elektromotors und der Steuerelektronik an eine Drehachse, insbesondere an die Tretlagerachse und/oder an die Achse einer Umlenkrolle, anzukoppeln. Ein derartiger Generator sollte möglichst auch noch mindestens einen Energiespeicher speisen, um auch Gangwechsel zu ermöglichen, wenn keine ausreichende Tret- bzw. Kettenbewegung vorliegt. Die Informationsübertragung zwischen der Bedieneinheit, der Steuerelektronik und dem Elektromotor und ggf. den Mitteln zum Überwachen des Kettenlaufs kann einfach über Kabel oder auch kabellos per Funk erfolgen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Wie bereits voranstehend erörtert, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche verwiesen und andererseits auf die nachfolgende Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren.

Fig. 1 a zeigt eine perspektivische Darstellung eines vorderen Umwerfers

20 einer erfindungsgemäßen Gangschaltung und

Fig. 1 b zeigt die Anordnung des vorderen Umwerfers 20 am Fahrradrahmen 10;

Fig. 2a veranschaulicht die Funktionsweise des hinteren Umwerfers 30 ei- ner erfindungsgemäßen Gangschaltung anhand einer perspektivischen Darstellung und

Fig. 2b zeigt die Anordnung des hinteren Umwerfers 30 am Fahrradrahmen 10; Fig. 3a zeigt die Anordnung einer erfindungsgemäßen Kettenspan nvor- richtung 40 am Fahrradrahmen 10 und

Fig. 3b Veranschaulicht die Funktionsweise der Kettenspannvorrichtung

40 anhand einer schematischen Detailansicht;

Fig. 4a zeigt ein kettenartiges Übertragungselement 50 und

Fig. 4b zeigt die Aufsicht auf den Randbereiche eines entsprechenden

Kettenrads; und

Fig. 5 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Gangschaltung

60. Ausführungsformen der Erfindung

In Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 werden nachfolgend bevorzugte Ausführungsformen der mechanischen Komponenten einer erfindungsgemäßen Gang- Schaltung für einen Fahrradantrieb beschrieben, während anhand des Blockschaltbilds der Fig. 5 die Komponenten erläutert werden, die eine Betätigung der mechanischen Komponenten ermöglichen.

Die hier in Rede stehende Gangschaltung umfasst drei Kettenblätter 1 an der Tretlagerwelle 1 1 und acht Ritzel 2 an der Hinterradnabe 12, was in den Figuren

1 b und 2b dargestellt ist. Geht man vom Fahrradrahmen 10 aus, so sind sowohl die Kettenblätter 1 als auch die Ritzel 2 in größenmäßig aufsteigender Folge nebeneinander angeordnet. Die Drehmomentübertragung zwischen Tretlager und Hinterrad erfolgt mit Hilfe einer Fahrradkette 3 bzw. eines geschlossenen ketten- artigen Übertragungselements, das über ein Kettenblatt 1 der Tretlagerwelle 1 1 und ein Ritzel 2 der Hinterradnabe 12 geführt ist. Dabei kann es sich um eine herkömmliche Fahrradkette, wie z.B. eine Rollen-Hülsenkette oder eine Lagerkragenkette, handeln oder auch um einen geschlossenen Kugeldraht 50, wie er in Fig. 4a dargestellt ist. Jede Kettenrad-Ritzel-Kombination hat ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis, das einen Gang der Gangschaltung definiert. Beim

Schalten wird die Kette 3 hier entweder von einem Kettenblatt auf ein benachbartes Kettenblatt verlagert oder von einem Ritzel auf ein benachbartes Ritzel oder beides. Dazu umfasst die hier in Rede stehende Gangschaltung einen vorderen Umwerfer 20 und einen hinteren Umwerfer 30. Die Umwerfer 20 und 30 sind in den Figuren 1 a und 2a im Detail dargestellt. Zur Anpassung der Kettenlänge an die einzelnen Kettenrad-Ritzel-Kombinationen dient eine Ketten- Spannvorrichtung.

Der in Fig. 1a dargestellte vordere Umwerfer 20 umfasst ein Kettenleitstück 21 mit einem inneren Führungselement 21 1 und einem äußeren Führungselement

212 als Führungsmittel für die Fahrradkette. Bei den Führungselementen 21 1 und 212 handelt es sich hier um zwei Hülsen, zwischen denen die Kette geführt wird. Das Kettenleitstück 21 ist auf einer Führungsachse 22 verschiebbar gelagert. Des Weiteren umfasst der vordere Umwerfer 20 eine Stellspindel 23, die pa- rallel zur Führungsachse 22 angeordnet und drehbar an der Halterung 25 der

Führungsachse 22 gelagert ist. Das Kettenleitstück 21 ist mit dieser Stellspindel 23 wirkverbunden, so dass das Kettenleitstück 21 durch eine Drehbewegung der Stellspindel 23 entlang der Führungsachse 22 verschoben wird, ohne seine Orientierung bezüglich der Führungsachse 22 zu verändern. Die Stellspindel 23 wird dazu mit Hilfe eines Elektromotors 24 angetrieben, wobei die Drehrichtung über die Steuerung des Elektromotors 24 vorgegeben wird. Damit lässt sich die Position des Kettenleitstücks 21 auf der Führungsachse 22 sehr genau einstellen. An einem Ende der Halterung 25 befindet sich eine Befestigungsschelle 26, über die der vordere Umwerfer 20 am Fahrradrahmen 10 montiert wird, und zwar oberhalb der Tretlagerachse 1 1.

Die Anordnung des vorderen Umwerfers 20 am Sattelrohr des Fahrradrahmens 10 ist in Fig. 1 b dargestellt. Wie bereits erwähnt, umfasst die hier in Rede stehende Gangschaltung drei Kettenblätter 1 , die ausgehend vom Fahrradrahmen 10 in größenmäßig aufsteigender Folge an der Tretlagerwelle 1 1 angeordnet sind. Der Umwerfer 20 ist so oberhalb der Tretlagerwelle 1 1 am Fahrradrahmen

10 montiert, dass Führungsachse 22 und Stellspindel 23 im Wesentlichen senkrecht zur Kettenlaufrichtung und schräg nach oben orientiert sind, wobei die Führungsachse 22 zu jedem der drei Kettenblätter 1 in etwa den gleichen Abstand hat. Dadurch ist auch das Kettenleitstück 21 oberhalb der Kettenblätter 1 ange- ordnet. Es kann relativ zur Anordnung der Kettenblätter 1 verschoben werden und gleichermaßen exakt über jedem der drei Kettenblätter 1 positioniert werden. Die Kette 3 wird zwischen den Führungselementen 21 1 und 212 des Kettenleitstücks 21 von oben über dasjenige Kettenblatt 1 geführt, das der Stellung des Kettenleitstücks 21 entspricht. Dementsprechend wird die Kette 3 durch Ver- schieben des Kettenleitstücks 21 von einem Kettenblatt auf ein benachbartes

Kettenblatt verlagert und kann so über alle Kettenblätter 1 geführt werden.

Bei dem in Fig. 2a dargestellten hinteren Umwerfer 30 übernehmen die Führungsmittel für die Fahrradkette auch gleichzeitig die Funktion einer Spannvor- richtung. So umfassen die Führungsmittel hier zwei Umlenkrollen 31 , 32, die in einer Schwinge 33 gelagert sind. Das eine Ende der Schwinge 33 ist gegen eine Federkraft schwenkbar an einer Aufhängung 34 befestigt. Da hier lediglich das erfindungsgemäße Prinzip des hinteren Umwerfers 30 veranschaulicht werden soll, ist die Schwinge 33 mit den Umlenkrollen 31 , 32 nur schematisch darge- stellt. Die Aufhängung 34 der Schwinge 33 ist auf einer Führungsachse 35 verschiebbar gelagert. Parallel zur Führungsachse 35 ist eine Stellspindel 36 ange- ordnet und drehbar an der Halterung 37 der Führungsachse 35 gelagert. Die Aufhängung 34 der Schwinge 33 ist mit dieser Stellspindel 36 wirkverbunden, so dass die Schwinge 33 durch eine Drehbewegung der Stellspindel 36 entlang der Führungsachse 35 verschoben wird. Die Stellspindel 36 wird dazu mit Hilfe eines Elektromotors 38 angetrieben, wobei die Drehrichtung über die Steuerung des

Elektromotors 38 vorgegeben wird. Damit lässt sich die Position der Schwinge 33 an der Führungsachse 35 sehr genau einstellen. An einem Ende der Halterung 37 befindet sich ein Befestigungsloch 39 zur Montage des hinteren Umwerfers 30 am Fahrradrahmen 10.

Die Anordnung des hinteren Umwerfers 30 am Fahrradrahmen 10 ist in Fig. 2b dargestellt. Wie bereits erwähnt, umfasst die hier in Rede stehende Gangschaltung acht Ritzel 2, die ausgehend vom Fahrradrahmen 10 in größenmäßig aufsteigender Folge an der Hinterradnabe 12 angeordnet sind. Der Umwerfer 30 ist unterhalb der Hinterradachse 12 montiert, so dass Führungsachse 35 und Stellspindel 36 im Wesentlichen senkrecht zur Kettenlaufrichtung und schräg nach unten orientiert sind, wobei die Führungsachse 35 zu jedem der acht Ritzel 2 in etwa den gleichen Abstand hat. Dadurch befindet sich die Schwinge 33 mit den Umlenkrollen 31 und 32 unterhalb des Ritzelpakets und kann durch Verschieben entlang der Führungsachse 35 mit Hilfe der Drehspindel 36 sehr exakt unter jedem der acht Ritzel 2 positioniert werden. Die Kette 3 wird dem Ritzelpaket über die Umlenkrollen 31 und 32 in der Schwinge 33 von unten zugeführt, und zwar demjenigen Ritzel 2, das sich direkt oberhalb der Schwinge 33 befindet. Dementsprechend wird die Kette 3 durch Verschieben der Schwinge 33 von einem Ritzel auf ein benachbartes Ritzel verlagert und kann so über alle Ritzel 2 geführt werden.

Der Größenunterschied zwischen den Ritzeln bzw. Kettenblättern beim Gangwechsel wird durch die federbelastete schwenkbare Lagerung der Schwinge 33 ausgeglichen. Die Schwinge 33 nimmt nämlich immer die Stellung ein, in der sich die Rückstellkraft der Rückholfeder der Schwinge 33 und die Kettenspannung gegenseitig aufheben.

Beide voranstehend beschriebenen Umwerfer 20 und 30 beruhen auf demselben Antriebsprinzip:

Die Umwerfer 20 und 30 werden auf zwei Achsen geführt, einer Führungsachse

22 bzw. 35 und einer als Welle ausgeführten Stellspindel 23 bzw. 36. Die Stellspindel 23 bzw. 36 kann mit Hilfe eines Elektromotors 24 bzw. 38 links oder rechts herum gedreht werden, wodurch die mit der Stellspindel 23 bzw. 36 wirkverbundenen Führungsmittel, d.h. Kettenleitstück 21 bzw. Aufhängung 34 mit Schwinge 33, entlang der Führungsachse 22 bzw. 35 vor oder zurück bewegt werden. Damit kann die Position der Führungsmittel sehr präzise eingestellt werden.

Die Führungsachse 22 bzw. 35 und die Stellspindel 23 bzw. 36 sind fest mit dem Fahrradrahmen verbunden und sind senkrecht zur Kettenlaufrichtung orientiert. Sie erstrecken sich in ungefähr konstantem Abstand über alle Zahnräder, d.h. Kettenblätter und Ritzel, so dass die Kette mit Hilfe der Führungsmittel über alle Zahnräder geführt werden kann.

Um die Schaltung gegen Schmutz zu schützen, können ziehharmonikaähnliche Gummimanschetten jeweils zwischen die Enden der Führungsachse und Stellspindel und die Führungsmittel gestülpt werden.

Zur Stabilisierung der Führungsachse 22 bzw. 35 und der Stellspindel 23 bzw. 36 kann noch ein Dummyrad zu den Kettenrädern hinzugefügt werden, das größer ist als das größte Kettenblatt bzw. das größte Ritzel. Auf diesem Dummyrad kann dann das lose Ende der Anordnung aus Führungsachse und Stellspindel gelagert werden.

Im Fall des in Fig. 2a dargestellten hinteren Umwerfers 30 ist die Spannvorrichtung in die Führungsmittel für die Kette integriert. Die Kettenspannvorrichtung kann aber auch unabhängig von den Umwerfern der Gangschaltung realisiert werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, den hinteren Umwerfer in gleicher weise zu realisieren, wie den in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen vorderen Umwerfer 20.

Eine derartige unabhängige Kettenspannvorrichtung 40 kann beispielsweise - wie in Fig. 3a dargestellt - zwischen der Tretlagerachse 1 1 und der Hinterradna- be 12 am Fahrradrahmen 10 angeordnet werden. Gemäß Fig. 3b umfasst die

Spannvorrichtung 40 zwei Umlenkrollen 41 und 42, die voneinander beabstandet in einer Schwinge 43 gelagert sind. Diese Schwinge 43 ist am Fahrradrahmen 10 zwischen Tretlager und Hinterrad aufgehängt, wobei sich der Aufhängungspunkt 44 in etwa mittig zwischen den beiden Umlenkrollen 41 und 42 be- findet. Die Aufhängung der Schwinge 43 umfasst mindestens zwei Rückholfedern, die hier nicht dargestellt sind. So ist die Schwinge 43 gegen die Federkraft einer ersten Rückholfeder um ihren Aufhängungspunkt 44 schwenkbar. Außerdem ist die Schwinge 43 gegen die Federkraft einer zweiten Rückholfeder drehbar um die Aufhängungsachse 45 gelagert. Die Fahrradkette 3 wird durch die Schwinge 43 über die beiden Umlenkrollen 41 , 42 geführt. Bei einem Gangwech- sei wird die Schwinge 43 in der Regel gegen die Federkraft der ersten Rückholfeder verschwenkt, um die Kettenspannung bzw. -länge an die Kettenblatt- und Ritzelgröße des eingelegten Gangs anzupassen. Die Schwenkbewegung ist in Fig. 3b durch den Pfeil 46 angedeutet. Durch eine Drehung der Schwinge 43 gegen die Federkraft der zweiten Rückholfeder kann ein etwaiger Versatz zwischen dem ausgewählten Kettenblatt und dem ausgewählten Ritzel ausgeglichen werden. Diese Drehbewegung wird durch den Pfeil 47 angedeutet. Die Schwinge 43 der Spannvorrichtung 40 ist außerdem noch horizontal verschiebbar aufgehängt, was durch den Pfeil 48 veranschaulicht wird. Diese seitliche Verschiebung der Schwinge 43 gegen die Federkraft einer dritten Rückholfeder ermöglicht eben- falls einen Laufrichtungsausgleich.

Wie bereits erwähnt, ermöglicht die erfindungsgemäße Realisierung der Umwer- fer eine sehr präzise Positionierung und Führung der Fahrradkette über ein ausgewähltes Kettenblatt und ein ausgewähltes Ritzel beim Gangwechsel aber auch zwischen den Schaltvorgängen. Mit Hilfe der voranstehend beschriebenen Ket- tenspannvorrichtung wird nicht nur die freie Länge der Kette an die ausgewählte Kettenblatt-Ritzel-Kombination angepasst sondern auch die Laufrichtung, um den Versatz zwischen Kettenblatt und Ritzel auszugleichen. All diese Maßnahmen ermöglichen die Verwendung eines mit Kugeln besetzten Drahtseils an Stelle ei- ner herkömmlichen Fahrradkette. Ein derartiges kettenartiges Übertragungselement 50 ist in Fig. 4a dargestellt. Fig. 4b zeigt die Aufsicht auf den Randbereich 51 eines entsprechend geformten Kettenrads. Die Kugeln und das Drahtseil greifen in entsprechend geformte Vertiefungen in der Oberfläche des Randbereichs 51 und ermöglichen so eine Kraftübertragung. Diese spezielle Ausgestaltung des Kugeldrahts 50 und der Kettenräder erleichtert das seitliche Verschieben des

Kugeldrahts 50 von einem Kettenrad auf ein benachbartes Kettenrad.

Das Blockschaltbild der Fig. 5 veranschaulicht das Zusammenwirken der Betätigungsmittel mit den mechanischen Komponenten 61 des vorderen Umwerfers und mit den mechanischen Komponenten 62 des hinteren Umwerfers einer erfindungsgemäßen Gangschaltung 60. Als mechanische Komponenten 61 und 62 werden hier insbesondere die Führungsmittel für die Fahrradkette bezeichnet, also beispielsweise das verschiebbar gelagerte Kettenleitstück im Fall des vorderen Umwerfers und die verschiebbar aufgehängte Schwinge mit den Umlenkrollen im Fall des hinteren Umwerfers. Jeder der beiden Umwerfer verfügt über ei- nen eigenen kleinen Elektromotor 63 bzw. 64 als Antriebsmittel.

Zur Betätigung der Umwerfer umfasst die Gangschaltung 60 ferner eine Bedieneinheit 65, der eine Steuerelektronik 66 nachgeschaltet ist. Die Elektromotoren 63 und 64 der Umwerfer werden über die Steuerelektronik 66 entsprechend den Vorgaben des Benutzers angesteuert.

Die Funktionalität der Bedieneinheit 65 und die Leistungsfähigkeit der Steuerelektronik 66 sind aufeinander abgestimmt. In einer besonders komfortablen Variante kann der Fahrer einfach einen Gang vorgeben, beispielsweise mit Hilfe von Tipptasten, Drehgriffen oder sonstigen Gebern der Bedieneinheit 65, damit die Steuerelektronik 66 dann automatisch die entsprechende Kettenblatt-Ritzel-

Kombination identifiziert und die Elektromotoren 63 und 64 des vorderen und des hinteren Umwerfers so ansteuert, dass die erforderlichen Schaltvorgänge durchgeführt werden. Bei einer weniger leistungsfähigen Steuerelektronik 66 kann es erforderlich sein, bei der Gangwahl sowohl das Ziel-Kettenblatt für den vorderen Umwerfer als auch das Ziel-Ritzel für den hinteren Umwerfer anzugeben. Um den Schaltvorgang zu beschleunigen, kann die Steuerungselektronik auch eine Schalthysterese vorsehen, d.h. das Überfahren der Zielposition der Führungsmittel für die Kette. In diesem Fall wird die Position der Führungsmittel nach dem Gangwechsel automatisch entgegen der Schaltrichtung korrigiert.

Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel werden der Steuerelektronik 66 außerdem Sensorinformationen von Sensoren 67, 68, ... zugeführt, die den Kettenlauf beispielsweise optisch überwachen und mit abgespeicherten Sollwerten vergleichen. Anhand dieser Informationen überprüft die Steuerelektronik 66, ob die Notwendigkeit einer Nachjustierung der Führungsmittel für die Kette besteht, und kann dann - falls erforderlich - automatisch die Position der Führungsmittel korrigieren.

Die elektrisch betriebenen Umwerfer sowie die übrigen Betätigungsmittel können über eine Batterie, einen Akku oder auch über einen Dynamo mit Strom versorgt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Gangschaltung energetisch selbstversorgend. Beispielsweise kann zur Energieversorgung des in den Figuren 2a, b dargestellten hinteren Umwerfers 30 ein kleiner Generator in die Achse einer der beiden Umlenkrollen 31 oder 32 eingebaut werden, um den Elektromotor 38 mit Strom zu versorgen. Zur Energieversorgung des in den Figuren 1 a, b dargestellten vorderen Umwerfers 20 kann ein kleiner Generator am Tretlager montiert werden, so dass die Tretlagerachse mittig durch den Generator hindurchgeht und er seine Energie über die Tretlagerachse bezieht. Dieser Generator kann den Elektromotor 24 des vorderen Umwerfers und ggf. auch die Bedieneinheit am Lenker mit Strom versorgen.

Durch zusätzliche Energiespeicher, beispielsweise in Form von Kondensatoren, kann die Funktionsfähigkeit der Gangschaltung gewährleistet werden, auch wenn keine ausreichende Kettenbewegung bzw. Tretbewegung erfolgt.

Die einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen Gangschaltung können einfach über Kabel miteinander verbunden und an eine Stromversorgung angeschlossen sein. Die Signalübertragung zwischen der Bedieneinheit am Lenker und den beiden Umwerfern kann aber auch per Funkkommunikation erfolgen. Die dafür erforderlichen Sender und Empfänger können ggf. in die sonstige Elektronik des Fahrrads integriert werden. Da die Pfade derartiger Funkverbindungen sehr kurz sind, lässt sich ein sicherer Betrieb einfach gewährleisten. Durch eine drahtlose Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten der Gangschaltung kann nicht nur der Verschaltungsaufwand sondern auch das Gewicht der erfindungsgemäßen Gangschaltung deutlich reduziert werden.