AT507465A1

AT507465A1 - Getriebe mit stufenlos veränderbarer übersetzung zwischen einer eingangswelle und einer ausgangswelle ii

Info

Publication number: AT507465A1
Application number: AT0039709A
Authority: AT
Inventors: Edmund F Nagel
Original assignee: Edmund F Nagel
Priority date: 2008-03-21
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2010-05-15
Also published as: EP2252499A2; AT507482B1; US20110011192A1; JP2011514284A; AT507482A1; WO2009114882A3; WO2009114882A2

Description

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Getriebe mit stufenlos veränderbarer Übersetzung zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle II

Getriebe mit einer stufenlos veränderbaren Übersetzung zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle, welches mindestens zwei um eine Achse schwenkbar gelagerte Pendelarme aufweist, die durch die Drehung der Eingangswelle und der damit formschlüssig verbundenen Kurvenscheiben in eine gleichförmige, wechselweise und sich gegenseitig in den Arbeitszyklen überlappende Hubbewegung versetzt werden, welche mittels zweier Verstellteile, die entlang des Pendelarm-Verstellweges verschiebbar sind in die längenvariable Hin-und Herbewegungen der beiden Übertragungselemente wandeln und diese wechselweise Bewegung an die beiden, räumlich entfernten drehrichtungsabhängigen Kupplungen übertragen wird, wo sie wiederum in eine kontinuierliche und gleichförmige Drehung einer Ausgangswelle wandelt.

Sogenannte Schrittschaltgetriebe mit stufenloser Übersetzungsverstellung sind bekannt und werden in der Patentliteratur in den verschiedensten Ausführungen gezeigt:

Aus der Patentschrift US 4,112,778 ist ein Getriebe bekannt, welches eine stufenlos veränderbare Übersetzung zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle vollführt. Das Problem der ruckartigen Rotation an der Ausgangswelle wird in dieser Erfind-ung dadurch gemindert, dass eine Vielzahl von Pendelhebeln sich in ihren sinusförmigen Kraftübertragungsphasen an die Ausgangswelle überlappen. Es wird also jeweils nur ein Teil der Sinuskurve einer Kraftübertragung an die Ausgangswelle weiter geleitet um dann sofort die Kraft des nächsten Pendelarmes in selber Weise an die Ausgangswelle zu übertragen. Dadurch ist zwar die ruckartige Drehung der Ausgangswelle nicht mehr so stark ausgeprägt und schwere Fahrzeuge können von einem solchen Getriebe angetrieben werden. Für den Antrieb eines leichten Fahrzeuges, wie beispielsweise eines Fahrrades mit seiner entsprechend geringen Eigenmasse, ist es aber ebenfalls ungeeignet.

Die PCT/EP93/01771 Patentschrift zeigt ein Schrittschaltgetriebe, in welchem ein Ring um die Eingangswelle mittels eines Stell-Hydraulikzylinders in eine mehr oder weniger ausgeprägte exzentrische Position geschoben wird Je stärker der Ring in eine exzentrische Position verschoben wird, je stärker die um den Ring radial angeordneten Pendelarme drehwinkelversetzt nacheinander auslenken. Diese Teildrehungen werden über Überholgetriebe auf die einzelne Ausgangswelle übertragen. Auch bei dieser Konstruktion tritt die Schwierigkeit auf, dass die Rotation der Ausgangswelle nicht gleichförmig ist, sondern ruckartig erfolgt.

Daher ist dieses Getriebe für den Antrieb eines leichten Fahrzeuges, wie beispielsweise eines Fahrrades mit seiner entsprechend geringen Eigenmasse, ebenfalls ungeeignet.

In der Erfindung US 2,080,665 wird dem Problem der ruckartigen Rotation der Ausgangswelle mit einem gleichförmigen Anstieg der vielfachen Nockenflanken zu Leibe gerückt. Es soll die ruckartige Rotation der Ausgangswelle weitestgehend vermieden werden. Dies kann aber nur zum Teil gelingen, da mit dem Verstellen des gezeigten Achspunktes des Pendelarmes sich die Anstellwinkel der Abtasthebel zu diesen Nocken verändern. Dadurch verändert sich die Geometrie von Nockenflanke zum Abtasthebel und die ursprüngliche Gleichförmigkeit einer Rotätion geht mit dem Verändern des Übersetzungsverhältnisses wieder in eine ruckartige Drehung der Ausgangswelle über. Für den Antrieb eines leichten Fahrzeuges, wie beispielsweise eines Fahrrades mit seiner entsprechend geringen Eigenmasse, ist auch dieses Schrittschaltgetriebe ungeeignet.

Die Patentschrift US 4,182,202 zeigt nebst der in allen bisher benannten Schriften vorliegenden Problematik der ruckartigen Rotation der Ausgangswelle ein Verstellen der Aufhängelager der Schubstangen an den Pendelarmes mittels Seilzügen. In der gezeigten Darstellung wirkt die Arbeitslast über die Schräge der Pendelarme entsprechend auf die Seilzüge. Wenn nunmehr ein solches Schrittschaltgetriebe beispielsweise eine Arbeitslast von 6000 N zu bewegen hat (= reale Arbeitslast / Fahrrad), würden dermaßen auf die Seilzüge bis zu 3000 N wirken. Diese enorme Verstellast ist nur in Stationärmaschinen zu beherrschen, an Leichtfahrzeugen wie beispielsweise einem Fahrrad ist die dermaßen am Stellglied zu bewältigende Verstelllast um ein Vielfaches zu hoch. Auch die in einer Variante weiters vorgeschlagene Verstellung des Aufhängepunkt der Schubstangen mittels Zahnstangen und Rollengleit-' teilen ist für ein Leichfahrzeug nicht praktikabel. Bei solchen Fahrzeugen, wie beispielsweise, Mountainbikes, spielen das Gewicht und der mechanische Aufwand eine sehr wesentliche Rolle. Gewicht und technischer Aufwand sind auf ein absolutes Mindestmaß zu reduzieren. Für den Antrieb eines leichten Fahrzeuges, wie beispielsweise eines Fahrrades, mit 1.) dessen geringen Eigengewicht, 2.) den erforderlich filigranen Bowdenzügen, 3.) dem erforderlich geringen Gewicht des Getriebes und 4.) dem erforderlich geringen technischen Aufwand, ist der Einsatz dieses Getriebes ausgeschlossen.

Das in der Offenlegungsschrift DE 34 11 130 A1 gezeigte Schrittschaltgetriebe beseitigt das Problem der ruckartigen Rotation der Ausgangswelle. Es wird die Kurvenbahn einer Kurvenscheibe, auf welcher die Pendelarme laufen so angelegt, dass ein linearer Drehwinkelverlauf gegeben ist. Dadurch wird also die gleichförmige Rotation einer Eingangswelle auch in eine gleichförmige Rotation an der Ausgangswelle gewandelt. In der gezeigten Erfindung fehlt 3 • · • · • ♦ • * allerdings eine praktikable Lösung um das Getriebe auf ein Leichtfahrzeug zu übertragen. Außerdem ist es nicht möglich den immensen Aufwand an Bestandteilen sinnvoll auf einem Leichtfahrzeug unterzubringen. Die Konstruktion ist ob ihrer relativ komplizierten Bauweise und großen Anzahl der Bestandteile, sowie wegen des Fehlen eines praktikabel umsetzbaren Schaltmechanismus für beispielsweise den Anbau am Fahrrad ungeeignet.

Das in der Offenlegungsschrift DE 29 38 013 gezeigte Schrittschaltgetriebe für speziell Fahrräder weist ebenfalls das Kernproblem dieser Stufenlosgetriebe auf: Es verwandelt die gleichförmige Drehung einer Eingangswelle nicht in eine gleichförmige Drehung einer Ausgangswelle, sondern in eine ruckförmige Drehung. Um die Eingangswelle wird eine Exzenterscheibe in eine mehr oder weniger ausgeprägte exzentrische Position geschoben. Je stärker die Exzenterscheibe verschoben wird, je stärker die radial darum angeordneten Pendelarme drehwinkelversetzt nacheinander auslenken. Diese Teildrehungen werden über ein Ratschengetriebe auf die einzelne Ausgangswelle übertragen. Auch bei dieser Konstruktion tritt die Schwierigkeit auf, dass die Rotation der Ausgangswelle nicht gleichförmig ist, sondern ruckartjg erfolgt. Daher ist dieses Getriebe für den Antrieb eines leichten Fahrzeuges, wie eines Fahrrades mit seiner geringen Eigenmasse, an sich auch ungeeignet.

Auch die deutsche Patentschrift DE 696 02 840 T2 zeigt ein ähnliches Getriebe für speziell Fahrräder und weist ebenfalls das Kernproblem der meisten sogenannten Schrittschalt-Stufenlosgetriebe auf: Es verwandelt die gleichförmige Drehung einer Eingangswelle nicht in eine gleichförmige Drehung einer Ausgangswelle, sondern in eine ruckförmige Drehung. Um die Eingangswelle wird ein Exzenterring in eine mehr oder weniger ausgeprägte exzentrische Position geschoben. Je stärker die Exzenterring verschoben wird, je stärker die radial darum angeordneten drei Pendelarme drehwinkelversetzt nacheinander auslenken. Diese Teildrehungen werden über ein Ratschengetriebe mit Innenverzahnung auf die einzelne Ausgangswelle übertragen. Auch bei dieser Konstruktion tritt die Schwierigkeit auf, dass die Rotation der Ausgangswelle nicht gleichförmig ist, sondern ruckartig erfolgt. Daher ist dieses Getriebes für den Antrieb eines leichten Fahrzeuges, wie eines Fahrrades mit seiner entsprechend geringen Eigenmasse, an sich ebenfalls ungeeignet.

Auch aus der Patentschrift US 5,603.240 ist ein Schrittschaltgetriebe bekannt, welches eine Kurvenscheibe aufweist, die eine ruckartige Rotation der Ausgangswelle durch die entsprechende Profilierung der Kurvenbahnen verhindert. Mittels der drei, sich in deren Wirkung des Arbeitszyklus überlappenden Pendelarme wird eine gleichförmige und ununterbrochene Rotation der Antriebswelle erzielt. In der gezeigten Darstellung fehlt allerdings eine praktikable Lösung um das Getriebe auf ein Leichtfahrzeug zu übertragen. Zudem sind mehrere Zahn-

Schlüsse in diesem Getriebe vorhanden, welche bekanntermaßen den Wirkungsgrad soweit mindern, dass ein Einsatz am Fahrrad ausgeschlossen werden muss. Auch hier ist es nicht möglich den immensen Aufwand an Bestandteilen sinnvoll auf einem Leichtfahrzeug unterzubringen. Die Konstruktion ist ob ihrer relativ komplizierten Bauweise und großen Anzahl der Bestandteile sowie wegen des Fehlens praktikabel umsetzbarer Schaltmechanismen und des verminderten mechanischen Wirkungsgrades für beispielsweise die Adaption am Fahrrad ungeeignet.

Aus den europäischen Patentschriften EP 0615 587 B1 und EP 0527 864 B1 sind sogenannte „automatische Getriebe“, bzw. „elektronische Steuersysteme für Fahrradgetriebe“ bekannt. Es wird in den Titeln der Erfindungen der Eindruck erweckt, als ob solche Getriebe ohne weiteres Zutun des Fahrers ein automatisches Umschalten der Getriebeübersetzung vornehmen können. Dieser Eindruck ist grundfalsch, da die elektrisch betriebene Umschaltmechanik auf ein konventionelles Fahrradkettengetriebe wirkt. Dieses kann keinesfalls ohne das Zutun des Fahrers automatisch schalten, da ein nicht vom Fahrer willentliches, „elektronisch“ gesteuertes Umschalten fatale Folgen hätte. Würde nämlich der vordere Werfer an den großen Kettenblätter unter Volllast betätigt, würde der Werfer sich in der Fahrradkette verkanten und zerstört werden bzw. die Kette herausspringen. Würde dagegen die hintere Gangschaltung ein nicht vom Fahrer willentlich betätigtes Umschalten unter Volllast stattfinden, würde der Fahrer am Tretpedal urplötzlich „ins Leere“ stampfte. Dies hätte wahrscheinlich einen Sturz des Fahrers zur Folge. Die Bezeichnung „elektronisch“ und „automatisch“ ist in diesem Zusammenhang also irreführend und durch die Erfindungen nicht wirklich erfüllt.

Aufgabe der Erfindung ist es ein stufenloses Getriebe der eingangs erwähnten Art für die Nutzung speziell an Fahrräder zu schaffen. Das Getriebe soll keine „Gänge“ aufweisen sondern vollkommen stufenlos schalten. Grundlegende Voraussetzung ist aber vor allem, dass die Drehung der Eingangswelle absolut gleichförmig in die Drehung der Ausgangswelle gewandelt wird. Ebenso unabdingbar ist, dass die Kraftübertragung im vollkommenen Form-bzw. Kraftschluss zu erfolgt, sodass praktisch keine Reibeverluste auftreten. Folglich ist jeder Zahnradschluss oder insbesondere Reibeschluss zwischen irgendwelchen Bauteilen zu meiden und das Getriebe soll im Wirkungsgrad nicht unter dem der herkömmlichen Kettenschaltungen liegen. Zudem muss das Getriebe in der Bauweise zum einen recht einfach aufgebaut sein und darf nur aus sehr wenigen Bauteilen bestehen. Zum anderen muss es aber auch sehr leicht und platzsparend sein. Das Umschalten der Übersetzung muss mit den gewohnt dünnen Bowdenzügen oder einfacher Hydraulik vonstatten gehen und - im Gegensatz zur herkömmlichen Kettengangschaltung der Fahrräder - soll auch unter Last jederzeit jedes 9 9 9 9 9 9 9 Ό 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 0 9 9 be-liebige Umschalten der Übersetzung möglich sein. Dieses Umschalten soll im Regelfall durch einen kleinen Stellmotor, welcher vom Radcomputer nach voreingestellten Werten im Ab-gleich zu Werten von Fahrrad- und Fahrer-Sensoren völlig automatisiert und ohne jegliches unmittelbares Zutun des Fahrers angesteuert wird, zu erledigen sein. Die unterschiedlichen Kraftvektoren für den Fahrzeugvortrieb, welche bedingt durch die unterschiedlichen Tretkurbel-Winkelstellung zu den auflastenden Fahrerbeinen auftreten, sollen durch eine dyna-mische Übersetzungsanpassung innerhalb einer Halbumdrehung der Tretkurbel ausgeglich-en werden

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgte dadurch, dass sich jeder Pendelarm unter Arbeitslast selbsttätig zur dafür vorgesehen Verkantnasen in der Pendelarm-Durchführung verkantet. Zum Verstellen des Übersetzungsverhältnisses werden die sich in einer gleichförmigen und gegenseitig überlappenden Hin- und Herbewegung befindlichen Pendelarme axial durch die Pendelarm-Durchführung verschoben. Schraub-zwingen-ähnlich verkanten sich die Verkantnasen selbsttätig im Arbeitstakt zwischen Pendelarm und Pendelarm-Durchführung. Sie verkanten sich mit dem Auftreten einer Arbeitslast im Arbeitshub also selbsttätig und unbeweglich fixiert ineinander. Ohne jegliche Zutun des Benutzers schließt sich also der Pendelarm während jeden Arbeitszyklus durch die Haftreibung mit der Pendelarm-Durchführung selbsttätig unbeweglich fixiert zusammen.

Ein Pendelarm wird bedingt durch eine auftretende Arbeitslast, unverschiebbar gegenüber der folglich auf ihn wirkenden Kraft, zu den dafür vorgesehen Verkantnasen in der Pendelarm-Durchführung fixiert. Diese Kräfte entstehen durch die aus dem Pendelausschlag resultierenden mehr oder weniger ausgeprägte Abweichung von der rechteckigen Stellung des Pendelarmes zum Zugelement. Durch eben diese Arbeitslast wird der Pendelarm für die Dauer des Auftretens einer Last durch eben diese Last unverschiebbar gegenüber der folglich auf ihn wirkenden Kraft zur jeweiligen Pendelarm-Durchführung verkantet und in den Verstellnasen fixiert. J? größer die Last am Übertragungselement, je stärker die blockierende Haftreibung zu den Verstellnasen wirkt.

Der Fahrrad-Steuercomputer erfasst Istwerte zu Fahrdaten des Fahrrades oder auch physiologische Daten des Radfahrer über Sensoren und in Abgleich zu vorprogrammierten Sollwerten steuert er selbsttätig vollautomatisiert und ohne unmittelbares Zutun des Radfahrers das Verstellglied für die Getriebeverstellung erforderlichenfalls an. Die erfassten Daten der Sensoren sind einerseits Tretfrequenz und Geschwindigkeit, anderseits erfassen Sensoren aber z. B. auch Herzfrequenz, Leistung des Fahrers, usw. Im Abgleich zu vorgegeben Daten wie z. B. Soll-tretfrequenz, Sollherzfrequenz, Sollleistung, usw. regelt der Computer über das • •••••· · ··

Verstellglied selbsttätig automatisiert nach. Ein sogenanntes vollautomatisches Fahrradgetriebe mit elektronischem Steuersystem ohne jegliche Einschränkung wurde damit erstmals geschaffen. Ohne weiteres Zutun des Fahrers wird ein automatisches Umschalten der Getriebeübersetzung vorgenommen. Dieses Umschalten ist nur von den Daten, die der Radcomputer von den Sensoren erfährt abhängig und kann sofort und bei jeder beliebigen Getriebeauslastung stattfinden. Ein einzelnes Verstellglied kann die Getriebeübersetzung durch die wechselweise Freibeweglichkeit der Pendelarme zum jeweiligen Pendelarm-Durchlass im Rückstellhub in jeder beliebigen Auslastung verstellen. Das Verstellglied verstellt das erfindungsgemäße Getriebe stufenlos ohne unmittelbares Zutun des Radfahrers absolut selbsttätig. Eine Elektronik zur Ansteuerung des Verstellmotors kann eine Verstellung des Getriebes naturgemäß wesentlich schneller und präziser als jedes händische Schalten durch den Fahrer erledigen.

Das Verstellen der Pendelarmlänge erfolgt mittels hydraulischer, pneumatischer oder elektromotorischer oder auch mittels Bowdenzügen. Diese Verstellelemente erzeugen eine Kraftvektoren, welche einer Federkraft der Rückstellfeder entgegen gerichtet ist. Grundsätzlich sind erfindungsgemäß verschiedene Verstellglieder denkbar wie z. B.: Direkt am Pendelarm oder über Bowdenzug wirkende elektrische Verstellmotoren, pneumatische oder hydraulische Verstellglieder, wobei das pneumatische Verstellglied z. B. aus einen an Bord befindlichen, auch händisch zu befallenden Drucklufttank gespeist werden kann. Die Verstell-Bowdenzüge können von einem Stellmotor oder aber auch von einen händisch zu bedienenden Verstellelement angesteuert / verstellt werden.

Die Rüchstellfeder hat auch die Aufgabe das Lösen der Verkantung zwischen Pendelarm und Pendelarm-Durchlass während des Rückstellhubes aktiv zu unterstützt. Die Feder ist räumlich so angeordnet, dass sie eine der Federkraft zur Rückstellung der Kupplung und der Übertragungselemente entgegen gerichtete Kraft zwischen den Bauteilen der Pendelarm-Durchführung und des Pendelarmes für das vollständige Lösen der Verkantung erzeugt. Durch diese, im Pendelarm der Federkraft zur Kupplungsrückstellung entgegen gerichtete Federkraft, wird also ein Kraftvektor erzeugt, welcher größer ist als jene, der im Rückstellhub noch an den Übertragungselementen anliegt. Dadurch wird die Verkantung zwischen Pendelarm und Pendelarm-Durchführung im Rückstellhub vollständig gelöst und der Pendelarm zum Gleitteil im Pendelarm-Durchlass hin verschoben.

Die Pendelarme sind auf je einer separaten Pendelachse angebracht. Auf dieser Pendelachsen sitzen die Tastarme und daran die Tastrollen, welche radial um eine halbe Sinuslänge, oder eineinhalb, oder zweieinhalb, usw., einer Kurvenscheibennocke versetzt sind.

Dieser Abstand einer halben Sinuslänge erlaubt, dass die beiden Laufrollen der Tastarme gemeinsamauf einer einzelnen Kurvenscheibe laufen. Mit einer halben Sinuslänge ist die Hälfte jene Länge einer Kurvenscheibennocke vom UT bis zum OT und wieder zurück bis zum nächsteh UT gemeint. Die Versetztheit um eine halbe Sinuslänge einer Kurvenscheibennocke muss sich aber nicht unbedingt auf einer Nocke abspielen die Versetztheit kann sich auch beispielweise zwei Nocken mit 1,5 Sinusabständen oder 2,5, usw., abspielen,

Die Kurvenscheibe weist zu den Laufrollen in jenem Bereich, in welchem die Tretpedal-Längsachse den für die Kraftabgabe ungünstigsten Winkel zum Kraftvektor der auflastenden Beine des Fahrers bildet eine relativ niedrige Nockenhöhe auf. In dynamischem Ansteigen weist sie umgekehrt weist sie in jenem Bereich, in welchem die Tretpedal-Längsachse den für die Kraftabgabe günstigsten Winkel zum Kraftvektor der auflastenden Beine des Fahrers bildet, eine maximale Nockenhöhe auf. Beim Auflasten auf den Tretpedalen kann der Fahrer am OT bzw. OT, bedingt durch die Winkeistellung zur Tretpedal-Längsachse zu dem von ihm erzeugten Kraftvektor, die geringste nutzbare Vortriebskraft ausüben. Um die daraus resultierende Lastunwucht abzubauen bzw. zu glätten wird erfindungsgemäß durch die dynamische Nockenverflachung im Bereich des UT bzw. OT jeweils das Überseztungsverhält-nis von Radumdrehung zu Pedalumdrehung verringert. Dies führt ergonomisch zu einer vergleichsweise ausgeglichen Auslastung des Fahrers.

Jener während eines Verstellvorganges versäumte Verstellweg, welcher wegen der wechselweisen Blockiertheit der Pendelarme nicht unmittelbar am Pendelarm in einen ausführbaren Verstellweg umsetzbar Ist wird in einem mechanischen Pufferglied zwischengespeichert und generell im folgenden Rückstelltakt vom betroffenen Pendelarm wieder aufgeholt. In einer erfindungsgemäßen Variante besitzen die Bowdenzughüllen eine ausreichende federnde Stauchbarkeit um das mechanische Pufferglied darzustellen. In einer weiteren erfindungsgemäßen Variante besitzen die Seilzüge eine ausreichende federnde Elastizität um das mechanische Pufferglied darzustellen Werden für das Verstellen der Pendelarmlänge beispielsweise Bowdenzüge verwendet, ist den beiden Bowdenzügen ein Pufferglied zwischen- oder vorgeschalten, welches den Verstellweg während der wechselseitigen Blockiertheit eines Verstellvorganges reversibel aufnimmt / speichert. Sobald sich die Verkantung des Pendelarmes löst, ist dieser wieder beweglich und das Pufferglied gibt die versäumte Verstellwegstrecke an den betroffenen Pendelarm ab. Besitzen die Bowdenzughüllen eine ausreichende federnde Stauchbarkeit kann diese oder andere mechanische Pufferglieder entfallen, da der am Pendelarm nicht als Verstellweg ausführbare Verstellweg die Bowdenzughülle vorübergehend staucht, welche den besagten Verstellweg nach dem Freiwerden des blockierten 9 9 • · • · • ·

Pendelarm an diesen abgibt / nachholt. Besitzen die Bowdenzüge eine ausreichende federnde Elastizität können andere mechanische Pufferglieder entfallen, da der am Pendelarm nicht als Verstellweg ausführbare Verstellweg die Bowdenzüge vorübergehend streckt, welche federnd den besagten Verstellweg nach dem Freiwerden des blockierten Pendelarm nachholt. Als mechanisches Pufferglied kann auch eine sternförmige Seilverknüpfung eingesetzt, bei welcher der den Verstellzug ausübende einzelne Stellzug mittig und die beiden zum Pendelarm führenden Seile seitlich versetzt auf den Verknüpfungspunkt im Sternmittelpunkt zulaufen. Durch diese sternförmige Verknüpfung der Seile wird erreicht, dass die Seilverbindung zwischen blockiertem Seil und dem, vom Verstellmotor her Zug ausübenden Seil den Knick in der Sternmitte etwas glättet / streckt wird und folglich der nicht blockierte Pendelarm etwas schneller verstellt wird.

Jedem der Übertragungselemente ist ein Schwerlast-Federelement zwischengeschaltet, welches sich ab dem Auftreten einer bestimmten Schwerlast lastdynamisch und reversibel zu strecken beginnt und sich dermaßen das Übertragungselement lastdynamisch verlängert. Diese Einrichtung ersetzt quasi die kleinsten Übersetzungen des Getriebes, da durch das Strecken der Schwerlastfeder diese weniger Weg an die Freiläufe abgeben können. Die in der Schwerlastfeder sodann eingespeicherte Energie wird jeweils zu Beginn des Rückholtaktes wieder dem nächsten Arbeitstakt, diesen unterstützend rückgeführt.

Die Lastfeder wird im Arbeitshub lastdynamisch verformt und die dermaßen gespeicherte Federspannung im nächsten Rückstellhub arbeitswirksam wieder abgegeben. Es herrscht am betroffenen Zugelement noch ein arbeitswirksamer Zug auf die drehrichtungsabhängige Kupplung, obwohl an der Kurvenscheibe bereits die Rückstellung des Pendelarms begonnen hat. Ein Weg, welcher im Arbeitshub am Zugelement erzeugt wurde wird also nicht zur Gänze an das Rad abgegeben sondern in der Feder gespeichert um im späteren Rückstellhub als zusätzliche Kraft für den Fahrzeugvortrieb zu wirken. Dabei kommt die Eigenheit der Stahlfedern dem Wirkungsgrad einer solchen erfindungsgemäßen Einrichtung sehr entgegen, da diese Federn eine als Verformung gespeicherte Energie bei deren Entspannung zu annähernd 100% wieder abgeben, also keine Verlustenergie - z. B. Wärme - produzieren.

In einer erfindungsgemäßen Variante kann das lastdynamische Federelement in dessen Federkraft von außen her verstellt werden. Eine solche Federkraftverstellung kann z. B. durch ein hydraulisches Element, welches die Vorspannung des Federelementes erhöht bzw. verringert, bewerkstelligt werden. Die Einrichtung der in der Federkraft verstellbaren Schwerlastfeder könnte an sich für sich alleine bereits ein einfaches lastdynamisches Stufenlosgetriebe darstellen. Diese Variante ist in der gegenständlichen Erfindung inkludiert und könnte jederzeit für sich alleine separat existieren. Es wäre bei diesem einfachen Schrittschaltgetriebe keine weiteren Verstelleinrichtungen erforderlich.

Die drehrichtungsabhängige Kupplungseinrichtung besteht aus einem rotationssymmetrischen Kern, der kraftschlüssig mit der Radnabe verbunden ist und auf dem axial nebeneinander zwei Klemmkörperfreilaufe angeordnet sind, die jeweils von einem rotationssymmetrischen Ring ummantelt sind, die ihrerseits äußerlich beide von einem damit formschlüssig verbundenen Kettenritzel oder Zahnriemenscheibe umgeben sind. Durch den Einsatz der an sich bekannten Klemmkörperfreiläufe, welche axial nebeneinander auf einem rotationssymmetrischen Freilaufkern angeordnet sind erspart man sich einen Vielzahl an fetrigungstechni-schen Schritten. Dem gegenüber bedürfen Ratschen-Freiläufe, Klemmkugelfreiläufe, etc. nicht rotationssymmetrischer Bauteile mit wesentlich größerem fertigungstechnischem Aufwand. Zudem schrumpft durch die Anwendung der Klemmkörperfreiläufe nicht nur der fertigungstechnische Aufwand, sondern die Baugröße der drehrichtungsabhängigen Kupplung minimiert sich auf das denkbar kleinste Maß. Weiters weisen diese Klemmkörperfreiläufe den Vorteil auf, dass sie einerseits mit Beginn des Arbeitstaktes praktisch ohne Leerdrehung sofort schließen und anderseits mit Begin des Rückholtakts ohne sogenannte „Losbrechkraft“ wieder öffnen. ··««··♦ · · · • · · t · ··· ♦·· ·· • · « · · · · · • · · t · · ···

Legende: 1. Eingangswelle / Tretkurbelwelle 2. Ausgangswelle/ Radnabe 3. Laufrad 4. Fahrradrahmen mit dem Lagerbock für die Pendelarmachsen 10 5. Tretlager 6. Treter 7. Kurvenscheibe 8. Kurvenscheibennocken 9. Pendelarm gesamt (inkl. 13 + 14) 10. Pendelarmachse 11. Pendelarm-Durchführung 12. Drehlager der Pendelarme 13. Abtastarm an der Pendelarmachse 14. Abtastarm- Laufrollen zur Kurvenscheibe 15. Verschiebbare Pendelarme bzw. Verstellteile 16. Veränderbares Längenmass des Pendelarmes 17. Übertragungselement-Aufhängepunkt am Pendelarm 18. Verkantnasen in der Pendelarm-Durchführung 19. Gleitflanken zum Verhindern eines Verkantens im Rückstellhub 20. Pendelarm-Verstellweg 21. Arbeitshub 22. Rückstellhub 23. Längsachse des Verstellweges vom Pendelarm 24. Hydraulischer oder pneumatischer Verstellmechanismus 25. Verstell-Bowdenzug zum einzelnen Pendelarm 15 26. Flexible Übertragungselemente 27. Drehrichtungsabhängige Kupplungseinrichtung 28. Pendelarm-Rückholfeder 29. Federelement zwischen den Verstellzügen 25 30. elektromotorisches, hydraulischer oder pneumatisches Verstellmotor 31. Fahrrad-Steuercomputer 32. Händisch bedienbar. Verstellhebel 33. Tretfrequenzsensor/ Drehmomentsensor 34. Herzfrequenzsensor / sonstige Sensoren für physiologische Daten 35. Lastdynamisches Federelement (Lastfeder) 36. Kraftvektor der Rückstellfeder zum Lösen der Pendelarm-Verkantung 37. Halbe Sinuslänge (1/2 Sinuswinkel) einer Kurvenscheibennocke 38. Einsschubbohrung für die Feder 28 39. Hydraulisch verstellbares Element zur Vorspannung der Feder 35 40. Rückstellfeder für den Rückstellhub (für Übertragungselemente, Überholkupplungen + Pendelarme) 41. Pufferglied / sternförmige Seilverknüpfung 42. Verknüpfungspunkt im Sternmittelpunkt 43. Bowdenzugmantel (Endpunkte am Fahrzeug fixiert) 44. Einzelner Bowdenzug vom Verstellglied 30 zum Verknüpfungspunkt 42 45. Rotationssymmetrischer Freilaufkern 46. Klemmkörperfreiläufe 47. Rotationssymmetrische Außenringe um Klemmkörperfreiläufe 48. Kettenritzel oder Zahnriemenscheibe auf den Außenringen 47 49. Laufradachse 50. T retpedal-Längsachse 51. Ungünstigster Winkel zwischen auflastendem Fahrerbein und T retpedal-Längsachse 52. Günstigster Winkel zwischen auflastendem Fahrerbein und T retpedal-Längsachse 53. Minimale Nockenhöhe 54. Maximale Nockenhöhe

Claims

Patentansprüche: 1. Getriebe mit einer stufenlos veränderbaren Übersetzung zwischen einer Eingangswelle (1) und einer Ausgangswelle (2), welches mindestens zwei um eine Achse (10) schwenkbar gelagerte Pendelarme (9) aufweist, die durch die Drehung der Eingangswelle (1) und der damit formschlüssig verbundenen Kurvenscheiben (7) in eine gleichförmige, wechselweise und sich gegenseitig in den Arbeitszyklen überlappende Hubbewegung (21) versetzt werden, welche mittels zweier Verstellteile (15), die entlang des Pendelarm-Verstellweges (20) verschiebbar sind bzw. mittels zweier Pendelarme (15), welche durch die Pendelachse (10) entlang des Pendelarm-Verstellweges (20) verschiebbar sind, in die dermaßen längenvariable Hin- und Herbewegungen der beiden Übertragungselemente (26) wandelt und diese wechselweise Bewegung an die beiden drehrichtungsabhängigen Kupplungen (27) übertragen wird, wo sie wiederum in eine kontinuierliche und gleichförmige Drehung einer Ausgangswelle (2) wandelt, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeder Pendelarm (15) unter Arbeitslast selbsttätig zu den dafür vorgesehen Verkantnasen (18) in der Pendelarm-Durchführung (11) verkantet.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Pendelarm (15) bedingt durch eine auftretende Arbeitslast unverschiebbar gegenüber der folglich auf ihn wirkenden Kraft zu den dafür vorgesehen Verkantnasen (18) in der Pendelarm-Durch-führung (11) verkantet.
3.. Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der über Sensoren (33, 34) Daten erfassende Fahrrad-Steuercomputer (31) das Getriebe automatisiert selbsttätig per motorischem Verstellglied (30) die Pendelarme (15) verstellt
4. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellen der Pendelarmlänge (16) mittels hydraulischer, pneumatischer, elektromotorischer Verstellmechanismen (24) oder per Bowdenzüge (25) erfolgt.
5. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass von der Pendelarm-Rückholfeder auch ein Kraftvektor (36) für das Lösen der Verkantung zwischen Pendelarm-Durchführung (11) und Pendelarm (15) erzeugt wird.
6. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Pendelarm-Durchführung (11) auf je einer separaten Pendelachse (10) befinden die um eine halbe Sinuslänge bzw. eineinhalb, zweieinhalb, usw. Sinuslängen (37) einer Kurvenscheibennocke (8) radial zueinander versetzt sind. ······· · · ♦ • · · e · ··· ··« ·· • · · · · · · ····· · ···
7. Getriebe nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Laufrollen (14) der Abtastarme (13) gemeinsam auf einer einzelnen Kurvenscheibe (7) laufen.
8. Getriebe nach den an 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (7) mit deren Vielzahl an Nocken (8) im Bereich, in dem die Tretpedal-Längsachse (50) einen ungünstigsten Kraftvektorwinkel (51) zum auflastenden Bein bildet, die niedrigste Nockenhöhen (53) aufweist und umgekehrt im Bereich des günstigsten Kraftvektorwinkel (52) die maximale Nockenhöhen (54).
9. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch, gekennzeichnet, dass der während eines Verstellvorganges aus der wechselweisen Verstellblockiertheit der Pendelarme (15) resultierte, nicht unmittelbar am Pendelarm (15) ausführbare Verstellweg (8) in einem mechanischen Pufferglied (41) zwischengespeichert und dieses mechanisches Pufferglied (41) beispielsweise aus einersternförmigen Seilverknüpfung besteht oder die Bowdenzughüllen (43) oder die Bowdenzugseile (25), welche eine federnde Elastizität besitzen.
10. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Übertragungselemente (26) ein Federelement (35) zwischengeschaltet ist, welches sich ab dem Auftreten einer bestimmten Last lastdynamisch reversibel streckt.
11. Getriebe nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Lastfeder (35) im Arbeitshub (21) lastdynamisch verformt wird und die dermaßen gespeicherte Federspannung im nächsten Rückstellhub (22) arbeitswirksam, den Fahrzeugvortrieb zusätzlich unterstützend wieder abgegeben wird.
12. Getriebe nach den Ansprüchen 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, dass das lastdynamische Federelement (35) in einer erfindungsgemäßen Variante in dessen Federkraft von außen her verstellbar ist und eine solche Federkraftverstellung beispielsweise, durch eine hydraulisches Element (39), welches die Vorspannung des Federelementes (35) erhöht bzw. verringert, bewerkstelligt wird.
13. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die drehrichtungsabhängige Kupplungseinrichtung (27) einen rotationssymmetrischen Freilaufkern (45) aufweist auf dem zwei Klemmkörperfreilaufe (46) angeordnet sind, die von je einem rotationssymmetrischen Ring (47) ummantelt werden.
14. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes mit einer stufenlos veränderbaren Übersetzung zwischen einer Eingangswelle (1) und einer Ausgangswelle (2), welches mindestens zwei um eine Achse (10) schwenkbar gelagerte Pendelarme (9) aufweist, die durch die Drehung der Eingangswelle (1) und der damit formschiüssig verbundenen Kurvenscheiben (7) in eine gleichförmige, wechselweise und sich gegenseitig in den Arbeitszyklen überlappende Hubbewegung (21) versetzt werden, welche mittels zweier Verstellteile (15), die entlang des Pendelarm-Verstellweges (20) verschiebbar sind bzw. mittels zweier Pendelarme (15), welche durch die Pendelachse (10) entlang des Pendelarm-Verstellweges (20) verschiebbar sind, in die dermaßen längenvariable Hin- und Herbewegungen der beiden Übertragungselemente (26) wandelt und diese wechselweise Bewegung an die beiden drehrichtungsabhängigen Kupplungen (27) übertragen wird, wo sie wiederum in eine kontinuierliche und gleichförmige Drehung einer Ausgangswelle (2) wandelt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gewichts- und Baugrößenreduktion eines solchen Fahrradgetriebes jeder der Pendelarme (9) innerhalb einer Tretkurbelumdrehung mehrere, aber möglichst eine Vielzahl an Ausschlägen tätigt, indem auf der, den bzw. die Pendelarm(e) (9) antreibende(n) Kurvenscheibe (7) mehrere, aber möglichst eine Vielzahl von Nocken (8) vorgesehen sind.
15. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass drehrichtungsabhängige Kupplungen (27) eingesetzt werden, welche die erfindungsspezifisch hohe Schaltfrequenzen von unter Umständen bis ca. fünfzig Hz (50 öff-nungs- und Schließvorgänge / Sekunde) und mit einem Schließweg von weniger als 3° der Drehung der Außenringe (47) zum Freilaufkern (45) bewältigen können.
16. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass drehrichtungsabhängige Kupplungen (27) eingesetzt werden, welche losbrechkraftfrei den Kraftschluss zwischen Außenring (47) und Freilaufkem (45) lösen.
17. Verfahren zum Betreiben eines Getriebes nach den Ansprüchen 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewältigung der erfindungsgemäß erforderlichen Anforderungen an die drehrichtungsabhängige Kupplungen (27) Klemmkörperfreiläufe (46) eingesetzt werden.