DE3725835A1 - Zahnkranz fuer einen freilauf - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Freilauf für ein Fahrrad und betrifft insbesondere den äußeren Zahnkranz für einen derartigen Freilauf.

Die äußeren Zahnkränze von Freiläufen mit mehreren Gängen für Fahrräder sind Bauteile, die verschiedene Zahn­ räder tragen, über die die Antriebskette je nach Wunsch des Radfahrers hin- und herläuft, wenn dieser seine Beanspruchung und seine Geschwindigkeit dem Verlauf der Strecke anpassen will, die er durchfährt.

Bekannte Ausführungsformen von Zahnkränzen bestehen aus dicken rohr- oder zylinderförmigen Bauteilen, die durch Vorwalzen und Schmieden oder Pressen oder in einem einzigen Fertigungsschritt hergestellt werden. Sie nehmen die Zahnrä­ der auf, mit denen sie beispielsweise durch Gewinde und/oder Verkeilen fest verbunden sind. Im Inneren der Zahnkränze sind zwei Laufbahnen für Gruppen von Kugeln, die durch Schmieden, Bearbeiten und/oder Walzen erhalten werden und Klauenzähne oder Ratschen angeordnet, die durch Schmieden, Stemmen oder Nieten erhalten werden.

Bei einem zweiten bekannten Ausführungsbeispiel können die Zahnkränze selbst außen gezahnt sein, so daß aus diesem Grunde für die gleiche Anzahl von Gängen eine geringere Anzahl von Zahnrädern vorhanden sein muß.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, das in der FR 85 10 471 beschrieben ist, ist nicht mehr eigentlich ein Zahnräder tragender Zahnkranz vorgesehen, sondern sind durch Schweißen verschiedene Zahnräder miteinander verbunden, deren Bohrungen jeweils eine Zahnung aufweisen und von denen die äußersten Zahnräder Laufflächen, die die beiden Laufbahnen für die Kugelgruppen bilden und die Klauenzähne oder Ratschen tragen.

Die ersten beiden bekannten Ausführungsbeispiele von Zahnkränzen machen den Einsatz von leistungsfähigen Einrich­ tungen mit hohem Energieverbrauch notwendig, sind mit einem hohen Materialverbrauch während der Fertigungsstufen verbun­ den und ergeben somit Bauteile, die mit hohen Kosten verbun­ den sind.

Die Zahnradgruppe, die gemäß FR 85 10 471 zusammengebaut ist und an die Stelle des Zahnkranzes tritt, ist mit dem Einsatz weniger leistungsfähiger Einrichtungen und einem geringeren Materialverlust verbunden, macht es jedoch gleichwohl notwendig, zahlreiche Zahnradmuster verfügbar zu machen sowie die Geräte zu ihrer Herstellung bereitzustellen, da die Zahnräder sowohl hinsichtlich ihrer Anzahl von Zähnen als auch hinsichtlich ihres Umrisses je nach der Position verschieden sind, die sie einnehmen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Zahnkranz zu schaffen, der mit Einrichtungen hergestellt werden kann, die einen geringen Energieverbrauch haben, und der nur mit einem geringen Materialverlust verbunden ist, da nahezu vollständig die Bearbeitungs­ schritte überflüssig werden, ohne daß eine große Anzahl von Zahnradmodellen benötigt wird.

Dazu umfaßt der erfindungsgemäße Zahnkranz für einen Freilauf mit mehreren Gängen zwei Laufbahnen für die Kugel­ gruppen, die den Zahnkranz mit einer inneren Nuß verbinden, und eine Klauenzahnung, die dazu bestimmt ist, mit Federklin­ ken zusammenzuarbeiten, die von der Nuß getragen sind, und ist der erfindungsgemäße Zahnkranz dadurch gekennzeichnet, daß er aus wenigstens einem rohrförmigen Element mit kleiner Wandstärke besteht und die Laufbahnen sowie die Zahnung durch Verformungen der Wand dieses Elementes gebildet sind.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnungen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht die Hälfte eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungs­ gemäßen Zahnkranzes für einen Freilauf aus zwei Teilen,

Fig. 1A eine schematische Schnittansicht längs der Linie 1A-1A in Fig. 1 zur Darstellung des Umrisses eines Teils des in Fig. 1 dargestellten Zahnkranzes, an dem die Klauenzähne vorgesehen sind,

Fig. 2 in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht einen Rohling, von dem ausgehend ein erster Teil des in Fig. 1 dargestellten Zahnkranzes verwirklicht wird,

Fig. 3 in einer Fig. 2 analogen Ansicht ein erstes Verfahren der Ausbildung einer Umfangsfalte in dem in Fig. 2 dargestellten Rohling,

Fig. 4 in einer Fig. 3 analogen Ansicht den Rohling bei der Ausbildung der Umfangsfalte nach einem zweiten Verfahren,

Fig. 5 und 6 in zu Fig. 4 analogen Ansichten die Ausbildung einer Falte nach einem dritten und vierten Verfahren,

Fig. 7 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines zweiten Teils des in Fig. 1 dargestellten Zahnkranzes,

Fig. 8 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Hälfte einer Abwandlungsform des in Fig. 1 dargestellten Zahnkranzes,

Fig. 9 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Hälfte eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsge­ mäßen Zahnkranzes,

Fig. 9A eine Schnittansicht längs der Linie 9A-9A in Fig. 9, die den rohrförmigen Teil des Zahnkranzes zeigt,

Fig. 10 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Hälfte eines Zahnkranzes für einen Freilauf, der in einem Stück ausgebildet ist, und

Fig. 11 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Hälfte einer Abwandlungsform des in Fig. 10 dargestellten Zahnkranzes.

Der in Fig. 1 dargestellte Zahnkranz 1 besteht aus einem Unterbau, der dadurch gebildet ist, daß zwei Halbkränze 2 und 3 zusammengebaut sind, die getrennt entweder durch Tiefziehen und anschließendes Beschneiden einer Blechscheibe oder durch Ausbauchen eines Rohres und anschließendes Beschneiden gebildet sind. Der erste Halbkranz 2 wird von einem Rohling ausgehend gebildet, der in Fig. 2 dargestellt ist und einen rohrförmigen Teil 4 und einen Flansch 5 umfaßt, in den eine Zahnreihe 6 geschnitten ist, die einen Teil der Zahnradgruppe des zu verwirklichenden Freilaufes bildet. Der Flansch 5 hat gleichfalls die Funktion einer Verstärkung des Halbkranzes 2.

Der erste Halbkranz 2 weist darüberhinaus eine kreisför­ mige Falte 7 auf, die am rohrförmigen Teil 4 mit einem der Verfahren vorgesehen wird, die schematisch in den Fig. 3 bis 6 dargestellt sind.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Verfahren wird der in Fig. 2 dargestellte Rohling fortgesetzt dadurch geknickt, daß ein axialer Druck ausgeübt wird, wie es durch einen Pfeil P dargestellt ist.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Verfahren wird die kreisförmige Falte 7 durch ein Rollformen des rohrförmigen Teils 4 des Rohlings zwischen zwei oder drei Rändelrädern m unter der kombinierten Wirkung einer Drehung des Rohlings und der Rändelräder und einem Druck der Rändelräder gegen den Rohling erhalten.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Verfahren wird die kreisförmige Falte 7 durch Rollwalzen des Rohlings ausgebil­ det, der auf einem Formdorn M angeordnet ist.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Verfahren wird die kreisförmige Falte 7 über eine magnetische Formung des Rohlinges erhalten, der wie im Fall von Fig. 5 auf einem Formdorn M angeordnet ist, wobei der Bereich des rohrförmigen Teils 4 des Rohlinges, an dem die Falte 7 ausgebildet werden soll, dem Magnetfeld einer Spule B ausgesetzt wird, die über eine Wechselstromquelle mit Strom versorgt wird.

Es gibt zahlreiche andere Verfahren, mit denen im Halbkranz 2 die gewünschte innere Falte 7 ausgebildet werden kann. Diese Falte bildet eine Laufbahn für eine erste Gruppe von Kugeln 8 (Fig. 1), über die eine Nuß des Freilau­ fes, die nicht dargestellt ist, im Zahnkranz angebracht ist.

Es ist ersichtlich, daß die Dicke e der zylindrischen umlaufenden Wand 4 des Halbkranzes 2 klein ist und folglich nicht zuläßt, Klauenzähne durch spanende Bearbeitung des Metalls auszubilden, sei es durch Schneiden, Fräsen, Ausstem­ men oder Drehen.

Die Klauenzähne 9 werden daher durch eine Verformung der zylindrischen Umlaufwand mit der Stärke e entweder über eine kombinierte und gleichzeitige mechanische Einwirkung von Vertiefungswerkzeugen, die radial über die Mitte des Werk­ stückes laufen, oder dadurch, daß kreisförmig fortschreitend Eindrücke oder Querschnittsverminderungen mit einem oder ohne einen inneren Haltedorn ausgebildet werden, oder vollständig über eine Magnetformung mit einem inneren Haltedorn gebildet, der eine passende Form hat.

Mit den oben beschriebenen Arbeitsvorgängen können im Halbkranz 2 die kreisförmige Falte 7 und die Klauenzähne 9 ausgebildet werden, wobei entweder mit der kreisförmigen Falte oder den Klauenzähnen begonnen werden kann oder beide gleichzeitig ausgebildet werden können.

Der zweite Halbkranz 3 wird aus einem Rohling herge­ stellt, der dem ähnlich ist, der für die Herstellung des ersten Halbkranzes benutzt wurde, der jedoch geeignete Abmessungen hat. Der zweite Halbkranz 3 weist eine kreisför­ mige Falte 10 auf, die in derselben Weise wie die kreisför­ mige Falte 7 des ersten Halbkranzes 2 ausgebildet ist und die eine Laufbahn für eine zweite Gruppe von Kugeln 11 bildet. Wie bei dem ersten Halbkranz 2 weist der zweite Halbkranz 3 einen in einem Stück damit ausgebildeten Flansch 12 auf, in den eine Zahnreihe 13 geschnitten ist, die bei dem vorliegen­ den Ausführungsbeispiel das kleinste der Zahnräder bildet, die von dem Zahnkranz getragen werden. Die beiden Halbkränze 2 und 3 werden dann dadurch zusammengebaut, daß das Ende des zweiten Halbkranzes 3, das dem Flansch 12 gegenüberliegt, mit dem Ende des ersten Halbkranzes 2 in Eingriff gebracht wird, das den Flansch 5 trägt, wobei die Unbeweglichkeit dieser beiden Teile entweder durch Schweißen oder Kleben, oder dadurch erreicht wird, daß der Halbkranz 3 in den Halbkranz 2 über eine mechanische oder thermische Einwirkung oder eine magnetische Formung eingefügt wird.

Bei der Ausbildung der Klauenzähne 9 im rohrförmigen Teil 4 des ersten Halbkreises 2 treten an der Außenfläche aufgrund der Verformung der Wand mit geringer Dicke e dieses rohrförmigen Teils Vorsprünge oder Kerben 14 auf. Diese Kerben, die in Fig. 1A dargestellt sind, dienen zur Zentrie­ rung für die Hilfszahnräder 15, die am ersten Halbkranz 2 anzubringen sind.

Die Befestigung der Zahnräder 15 am Halbkranz 2 bezüg­ lich der Vorsprünge 14 erfolgt beispielsweise durch Schwei­ ßen, Löten oder Kleben der Zahnräder auf die Scheitel einer gegebenen Anzahl von äußeren Vorsprüngen 14, die in regelmä­ ßigen Abständen über den Außenumfang des Halbkranzes 2 verteilt sind.

Die zusätzlichen Zahnräder 15, die an Teilen des Halbkranzes 2 vorgesehen sind, die keine Vorsprünge aufwei­ sen, können daran in analoger Weise durch Schweißen, Löten oder Kleben, beispielsweise an getrennten Bereichen oder in durchgehender Weise, über den gesamten Umfang des Kranzes befestigt sein.

Bei einer Abwandlungsform des erfindungsgemäßen Zahn­ kranzes, die in Fig. 8 dargestellt ist, ist der erste Halbkranz 2 identisch mit dem entsprechenden Bauteil bei dem in Fig. 1 dargestellten Zahnkranz. Der in Fig. 8 dargestellte Zahnkranz weist andererseits einen zweiten Halbkranz 16 auf, dessen rohrförmiger Teil 16 a an dem Ende, das dem Flansch 17 gegenüberliegt, in den Zähne 18 geschnitten sind, einen nach innen gebogenen Rand 19 aufweist, dessen zur Bohrung des Halbkranzes zugewandte Fläche eine Laufbahn 20 für eine Gruppe von Kugeln 21 bildet.

Weiterhin ist in der Außenfläche des rohrförmigen Teils 16 a eine Schulter 22 vorgesehen, die den zweiten Halbkranz 16 axial positioniert. Der Zusammenbau der beiden Halbkränze 2 und 16 erfolgt in der gleichen Weise wie der der beiden Halbkränze 2 und 3 bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel.

Fig. 9 zeigt einen Zahnkranz für einen Freilauf mit einem ersten Halbkranz 25, der eine kreisförmige innere Falte 26 trägt, die der Falte 7 bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel analog ist. Andererseits ist die Innen­ fläche des rohrförmigen Teils des Halbkranzes 25, die zwischen der Falte 26 und dem Ende verläuft, das einen Flansch 27 trägt, in den Zähne 28 geschnitten sind, eben ausgebildet. Ein zweiter Halbkranz 29, der einen Flansch trägt, in den Zähne 29 a geschnitten sind, ist unter Druck eingepreßt und durch Schweißen, Kleben oder Aufziehen im ersten Halbkranz 25 befestigt. Der zweite Halbkranz 29 weist eine innere kreisförmige Falte 30 auf, die eine Laufbahn für eine zweite Gruppe von Kugeln bildet, wobei am Ende seines Ansatzes 30 die Klauenzähne 32 vorgesehen sind, die als Vorsprünge 33 erscheinen, die dazu dienen, die Zentrierung des Halbkranzes 29 im Halbkranz 25 sicherzustellen. Der Zusammenbau der beiden Halbkränze erfolgt in der gleichen Weise, wie es oben angegeben wurde, im Bereich der Vorsprünge 33, die in Fig. 9A dargestellt sind.

Schließlich sind weitere Zahnräder 34, die den Freilauf vervollständigen, durch Kleben oder Schweißen an der Außen­ fläche ohne Vorsprünge des ersten Halbkranzes 25 befestigt.

In Fig. 10 ist ein Zahnkranz 35 dargestellt, der in einem Stück aus einem Rohr gebildet ist, an dessen einem Ende eine Einschnürung oder Querschnittsverringerung 36 ausgebil­ det ist.

Auf dem Rohr, das diese Querschnittsverringerung 36 aufweist, sind dann mit einem der oben beschriebenen Verfah­ ren zwei kreisförmige Falten 37, 38, die Laufbahnen für die entsprechenden Kugelgruppen bilden, sowie Klauenzähne 39 ausgebildet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel bestehen alle Zahnräder des Freilaufes 40 aus getrennten Bauteilen, die durch Schweißen, Kleben oder Löten an dem in dieser Weise gebilde­ ten Radkranz befestigt sind.

In Fig. 11 ist ein Zahnkranz 41 dargestellt, der in ähnlicher Weise aus einem Rohr gebildet ist, an dem eine Querschnittsverringerung oder Einschnürung 42 und ein Flansch 43 vorgesehen sind. Dieser ist dadurch gebildet, daß das freie Ende der Einschnürung oder Querschnittsverringerung 42 aufgespreizt ist. Eine Zahnreihe 44 ist in den Flansch 43 geschnitten, um das kleinste Zahnrad des Freilaufes zu bilden.

Anschließend werden in der gleichen Weise, wie es oben beschrieben wurde, im Rohr kreisförmige Falten 45, 46, die Laufbahnen bilden, sowie die Klauenzähne 47 vorgesehen. Die anderen Zahnräder 48 werden in der anhand von Fig. 10 beschriebenen Weise an der Außenfläche des Radkranzes angebracht und befestigt.

Claims (11)

1. Zahnkranz für einen Freilauf mit mehreren Gängen, der mit zwei Laufbahnen für Gruppen von Kugeln zur Verbindung des Zahnkranzes mit einer inneren Nuß und einer Zahnreihe aus Klauenzähnen versehen ist, die mit Federklinken zusammenar­ beiten, die von der Nuß gehalten sind, dadurch ge­ kennzeichnet, daß er aus wenigstens einem rohrförmigen Element mit einer dünnen Wand (2, 3; 2, 16; 25, 29; 35; 41) gebildet ist und die Laufbahnen (7, 10; 7, 20; 26, 30; 37, 38; 45, 46) und die Zahnreihe (9; 32; 39; 47;) aus Verformungen der Wand des Elementes bestehen.

2. Zahnkranz nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er aus zwei Halbkränzen (2, 3; 2, 16; 25, 29) gebildet ist, die ineinandergefügt sind und die aneinander durch Schweißen, Kleben, Löten, Aufziehen über eine mechanische oder thermische Einwirkung oder durch magnetisches Formen ausgebildet sind.

3. Zahnkranz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Halbkranz (2) eine kreisförmige Falte (7) auf­ weist, die eine Laufbahn für eine erste Gruppe von Kugeln (8) bildet, die durch eine Verformung der Seitenwand des Halb­ kranzes ausgebildet ist, und die Klauenzähne (9) gleichfalls aus Verformungen der Seitenwand des Halbkranzes (2) bestehen.

4. Zahnkranz nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der zweite Halbkranz (3) eine kreisförmige Falte (10) aufweist, die eine Laufbahn für eine zweite Gruppe von Kugeln (11) bildet und aus einer Verformung der Seitenwand des zweiten Halbkranzes besteht.

5. Zahnkranz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Halbkranz (16) eine Schulter (22) zum Positionieren des zweiten Halbkranzes bezüglich des ersten Halbkranzes (2) und einen nach innen verlaufenden Rand (19) aufweist, der eine Laufbahn für eine zweite Gruppe von Kugeln (21) begrenzt.

6. Zahnkranz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der erste Halbkranz (25) eine kreisförmige Falte (26) aufweist, die eine Laufbahn für eine erste Gruppe von Kugeln bildet und aus einer Verformung der Seitenwand des ersten Halbkranzes besteht, und daß der zweite Halbkranz (29) eine Falte (30), die eine Laufbahn für eine zweite Gruppe von Kugeln bildet, und Klauenzähne (32) aufweist, die an dem Ende (30) des zweiten Halbkranzes (29) ausgebildet sind, das mit dem ersten Halbkranz (25) in Eingriff steht.

7. Zahnkranz nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Halbkranz (2, 3; 2, 16; 25, 29) jeweils einen Verstärkungs­ endflansch (5, 12; 5, 17; 27, 29) aufweisen, der in einem Stück damit ausgebildet ist und in den Zähne (6, 13; 6, 18; 28, 29 a) geschnitten sind, die einen Teil des Freilaufes bilden.

8. Zahnkranz nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er aus einem einzigen dünnen, rohrförmigen Teil gebildet ist und eine Querschnittsverringe­ rung (36; 42), zwei kreisförmige Falten (37, 38; 45, 46), die Laufbahnen für Gruppen von entsprechenden Kugeln bilden, und Klauenzähne (39; 47) aufweist, die zwischen den kreisförmigen Falten angeordnet sind, wobei die Querschnittsverringerung, die kreisförmigen Falten und die Klauenzähne aus Verformungen der Seitenwand des rohrförmigen Teils bestehen.

9. Zahnkranz nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Teils des ersten Halbkranzes (2), an dem die Klauenzähne (9) ausgespart sind, Vorsprünge zeigt, deren Scheitel dazu dienen, die Zahnräder (15) des Freilaufes, die der erste Halbkranz trägt, bezüglich der Klauenzähne (9) zu zentrieren und festzulegen.

10. Zahnkranz nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Außenfläche des Endes (31) des zweiten Halbkranzes (29) das mit dem ersten Halbkranz (25) in Eingriff steht und in der die Klauenzähne (32) ausgespart sind, Vorsprünge (33) zum Zentrieren und Festlegen des zweiten Halbkranzes am ersten zeigt.

11. Zahnkranz nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das rohrförmige Teil (42) einen Endflansch (43) aufweist, in den Zähne (44) eines Zahnrades des Freilaufes geschnitten sind.