AT507482B1 - Getriebe mit stufenlos veränderbarer übersetzung zwischen einer eingangswelle und einer ausgangswelle - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer stufenlos veränderbaren Übersetzung zwischen einer Eingangswelle (1) und einer Ausgangswelle (2). Das Getriebe weist mindestens zwei um eine Achse schwenkbar gelagerte Pendelarme (4) auf, die durch die Drehung der Eingangswelle (1) und der damit formschlüssig verbundenen Kurvenscheibe (5) in eine gleichförmige, wechselweise und sich gegenseitig in den Arbeitszyklen überlappende Hubbewegung (38) versetzt werden. Mittels zweier separater Verstellteile, die entlang des Pendelarm-Verstellweges (46, 47) verschiebbar gelagert sind, wird die Hubbewegung (38) in die längenvariable Hin- und Herbewegungen der beiden Übertragungselemente (9) gewandelt, welche diese wechselweise Bewegung an die beiden räumlich entfernten drehrichtungsabhängigen Kupplungen (10) übertragen, wo sie in eine kontinuierliche und gleichförmige Drehung einer Ausgangswelle (2) gewandelt wird, wobei sich die Verstellteile (8) durch das Auftreten einer über die Übertragungselemente (9) angelegten Arbeitslast kraftschlüssig zum jeweiligen Pendelarm (4) verkanten und die Verstellteile (8) dermaßen während des Arbeitshubes (40) dynamisch und selbsttätig zum jeweiligen Pendelarm (4) unbeweglich fixiert werden.

Description

österreichisches Patentamt AT507 482B1 2010-08-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer stufenlos veränderbaren Übersetzung zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle. Das Getriebe weist mindestens zwei um eine Achse schwenkbar gelagerte Pendelarme auf, 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. Mittels zweier separater Verstellteile, die entlang des Pendelarm-Verstellweges verschiebbar gelagert sind, wird die Hubbewegung in die längenvariable Hin- und Herbewegungen der beiden Übertragungselemente gewandelt, welche diese wechselweise Bewegung an die beiden räumlich entfernten drehrichtungsabhängigen Kupplungen übertragen, wo sie in eine kontinuierliche und gleichförmige Drehung einer Ausgangswelle gewandelt wird.

[0002] Sogenannte Schrittschaltgetriebe sind bekannt und werden in der Patentliteratur in den verschiedenen Ausführungen gezeigt: [0003] So zeigt beispielsweise die Patentschrift US 674 144 A ein Getriebe mit einer stufenlos veränderbaren Übersetzung zwischen einer Eingangswelle und einer Ausgangswelle. Die Drehung der Ausgangswelle kann konstruktionsbedingt aber nicht in eine gleichförmige Rotation, sonder vielmehr nur in eine ruckartige Rotation gewandelt werden. Deswegen sind Metallfedern zwischengeschaltet, welche die ruckartige Rotation glätten sollen. Wenn der Ausgangswelle dieses Getriebes Lasten mit sehr hohem Eigengewicht nachgeschalten sind, kann die Glättung der Ruckrotation dermaßen gelingen. Für den Antrieb eines leichten Fahrzeuges, wie beispielsweise eines Fahrrades mit seiner entsprechend geringen Eigenmasse, gelingt keine Glättung der Ruckrotation. Das Getriebe ist für diesen Einsatzzweck also ungeeignet.

[0004] Aus der Patentschrift US 4,112,778 A ist ebenfalls 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 Erfindung dadurch gemindert, dass eine Vielzahl von Pendelhebeln sich in ihren sinusförmigen Kraftübertragungsphasen an die Ausgangsweile 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.

[0005] Die WO 1994/001698 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 exzentrisch verschoben wird, desto stärker werden die um den Ring radial angeordneten Pendelarme drehwinkelversetzt nacheinander ausgelenkt. 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.

[0006] Dieselbe technische Problematik betrifft auch die Patentschrift US 2,691,895 A bei der ebenfalls eine gleichförmige Rotation der Eingangswelle über eine Vielzahl von Pendelarmen in eine möglichst ruckarme Rotation der Ausgangswelle gewandelt wird. Konstruktionsbedingt kann aber auch hier kein leichtes Fahrzeug betrieben werden. Das Fahrzeug würde wegen seines geringen Eigengewichtes in ein ruckartiges Vorwärtsbewegen übergehen. Für den Antrieb eines leichten Fahrzeuges, wie beispielsweise eines Fahrrades mit seiner entsprechend geringen Eigenmasse, ist das Getriebe also ebenfalls ungeeignet.

[0007] In der Erfindung US 2,080,665 A wird dem Problem der ruckartigen Rotation der Ausgangswelle mit einem gleichförmigen Anstieg der vielfachen Nockenflanken zu Leibe gerückt. 1/11 österreichisches Patentamt AT507 482 B1 2010-08-15

Es soll die ruckartige Rotation der Ausgangswelle weitestgehend vermieden werden. Dies kann aber nur zum Teil gelingen, da mit dem Verstellen des Achspunktes des Pendelarmes sich die Anstellwinkel der Abtasthebel zu diesen Nocken verändern. Dadurch verändert sich die Geometrie von Nockenflanke zum Abtasthebel und die Gleichförmigkeit einer Rotation 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.

[0008] Die Patentschrift US 4,182,202 A zeigt nebst der in allen bisher benannten Schriften vorliegenden Problematik der ruckartigen Rotation der Ausgangswelle ein Verstellen der Aufhängelager der Schubstangen an den Pendelarmen 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 500 kg zu bewegen hat (= reale Arbeitslast/Fahrrad), würden dermaßen auf die Seilzüge bis zu 250 kg wirken. Diese enorme Last ist nur in Stationärmaschinen zu beherrschen, an Leichtfahrzeugen wie beispielsweise ein Fahrrad ist die dermaßen am Stellglied zu bewältigende Last um ein Vielfaches zu hoch. Auch die in einer Variante weiters vorgeschlagene Verstellung des Aufhängepunktes der Schubstangen mittels Zahnstangen und Rollengleitteilen ist für ein Leichtfahrzeug nicht praktikabel. Bei solchen Fahrzeugen wie beispielsweise Mountainbikes, spielen das Gewicht und der mechanische Aufwand eine sehr wesentliche Rolle. Gewicht und technischer Aufwand ist auf ein absolutes Mindestmaß zu reduzieren. Für den Antrieb eines leichten Fahrzeuges, wie beispielsweise eines Fahrrades, mit 1. dem geringen Eigengewicht, 2. den erforderlich filigranen Seilzügen, 3. dem erforderlich geringen Gewicht des Getriebes und 4. dem erforderlich geringen technischen Aufwand, ist der Einsatz dieses Getriebes ausgeschlossen.

[0009] 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 Darstellung fehlt 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 Fehlens eines praktikabel umsetzbaren Schaltmechanismus für beispielsweise den Anbau am Fahrrad ebenfalls ungeeignet.

[0010] Auch aus der Patentschrift US 5,603,240 A ist ein Schrittschaltgetriebe bekannt, welches eine Kurvenscheibe aufweist, welche die ruckartige Rotation der Ausgangswelle durch die entsprechende Profilierung der Kurvenbahnen verhindert. Mittels der drei sich in der 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 Zahnschlüsse 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 eines praktikabel umsetzbaren Schaltmechanismus und des verminderten mechanischen Wirkungsgrades für beispielsweise die Adaption am Fahrrad ungeeignet.

[0011] Aus einer sowjetischen Patentschrift SU-643-691 ist ein Schrittschaltgetriebe bekannt welches zwar nur zwei Pendelarme und nur zwei drehrichtungsabhängige Kupplungen aufweist und insgesamt relativ einfach aufgebaut ist, es fehlt aber jegliche Einrichtung die ungleichförmige Rotation der Ausgangswelle zu glätten oder zu verhindern. Dadurch ist zwar ein schweres Fahrzeug zu betreiben, weil ein solches ein entsprechendes Eigengewicht aufweist um dieses Manko durch die Massenträgheit des Fahrzeuges zu kaschieren. Für den Antrieb eines leichten Fahrzeuges, wie beispielsweise eines Fahrrades mit seiner geringen Eigenmasse, ist es aber 2/11 österreichisches Patentamt AT507 482B1 2010-08-15 ungeeignet.

[0012] In der DE 27 58 795 A1 werden eine Vielzahl der vorgenannten (und auch in dieser Einreichung genannten) gemeinsamen altbekannten Merkmale im Oberbegriff genannt. Auch diese Anmeldung weist Bauteile wie z. B. Pendelarme, Verstellteile, Pendelarmachsen, usw. auf und zeigt sie in der Anwendung am Fahrrad. Es fehlt aber auch hier eine technische Lösung zur Schaffung eines Stufenlosgetriebes und eines sich selbsttätig und dynamischen verkantenden Verstellteiles. Vielmehr wird eine Pendelarm-Zahnstange mit einem Zahnschluss zum verkantenden Verstellteil gezeigt. Ein solcher Zahnschluss eines Verstellteiles ist einerseits kein Stufenlosgetriebe, da jeder Zahnschluss einen bestimmten, nicht weiter veränderbaren Gang (Übersetzungsverhältnis) darstellt. Anderseits ist ein solcher Zahnschluss des Verstellteiles in der Anwendung beim Fahrrad nicht anwendbar, da er keine Verschmutzung verträgt. Des Weiteren fehlen dieser DE 27 58 795 A1 sämtliche, in den gegenständlichen Ansprüchen dargestellten Merkmale: Die computergesteuerte, stufenlose, automatische Verstellung der Übersetzung, das selbsttätige, dynamische Verkanten und auch Lösen des periodisch wiederkehrenden Formschlusses des Verstellteiles zum glatten Pendelarm, die Ausgleichsfedern der Seilzüge zu den Verstellteilen, die lastdynamischen Federn in den Übertragungselementen, welche de facto die kleinen „Gänge" des Getriebes ersetzt, die einzige Kurvenscheibe mit radial versetzten Abtastrollen und der Vielzahl an Nocken, u.a.m..

[0013] Aufgabe der Erfindung ist es ein stufenloses Getriebe der eingangs erwähnten Art für die Nutzung speziell an Fahrrädern zu schaffen. Dazu 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. Ein solches Getriebe ist in jedem Fall so zu gestalten, dass die herkömmlichen Fahrradrahmen und Laufräder unverändert erhalten werden können. Weiters soll das Umschalten der Übersetzung mit den gewohnt dünnen Seilzügen vonstatten gehen und - im Gegensatz zur herkömmlichen Kettengangschaltung der Fahrräder - soll auch unter Last jederzeit jedes beliebige Umschalten der Übersetzung möglich sein. Diese Umschaltung wird in Variante auch durch einen kleinen Stellmotor, welcher vom Radcomputer nach voreingestellten Werten und Sensoren völlig automatisiert bedient wird, möglich sein. Vor allem hat die Kraftübertragung aber im vollkommenen zu erfolgen, sodass praktisch keine Reibeverluste auftreten. Folglich ist jeglicher Zahnradschluss - also rotierende Zahnräder - oder ein Reibungsschluss zwischen irgendwelchen Bauteilen unbedingt zu meiden und das Getriebe darf im Wirkungsgrad keinesfalls unter dem der herkömmlichen Kettenschaltungen liegen.

[0014] Die Lösung dieser Aufgaben erfolgte dadurch, dass an jedem der Verstellteile der Aufhängepunkt für das Übertragungselement ausreichend - in eine der beiden Richtungen zur Pendelarm-Längsachse - entfernt von jenem Bereich angebaut ist, innerhalb dem sich der Verstellteil mit den beiden zugkraftbelasteten und gegenüberliegenden Innenflanken am Pendelarm verkantet. Dieses Funktionsprinzip findet man in ähnlicher Form bei der klassischen Schraubzwinge des Schreiners. Es verkantet sich der verschiebbare Bügel - in diesem Fall aber der Verstellteil - durch eine, das Verstellteil schräg verkantende Last in einem zuverlässigen Kraftschluss, welcher sich mit Entfall der Last sofort wieder löst. Dieses Verkanten und Lösen des Kraftschlusses findet an jedem Pendelarm erfindungsgemäß bis zu 500-mal pro Minute statt. Bei der besagten Schraubzwinge deutet der Lastvektor in die Richtung der Längsachse des Bügels, auf dem sich der Gleitbügel bewegen lässt. Deswegen beschreibt der Verstellbügel der verstellbaren Schraubzwinge bekanntermaßen einen 90-grädigen Winkel zur Längsachse des Bügels, auf dem sich der Gleitbügel bewegen lässt. Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion trifft aber die Last im Mittel der verschiedenen Lastvektoren in einem 90°-Winkel zur Pendelarm-Längsachse auf. Erfindungsgemäß und analog zur Schraubzwinge war der Aufhängepunkt für das Übertragungselement ausreichend entfernt in eine der beiden Richtungen zur Pendelarm-Längsachse anzubauen.

[0015] An jedem der Verstellteile ist der Aufhängepunkt für das Übertragungselement ausreichend - in eine der beiden Richtungen zur Pendelarm-Längsachse - entfernt von jenem Bereich angebaut, innerhalb dem sich der Verstellteil mit den beiden zugkraftbelasteten und gegenüber- 3/11 österreichisches Patentamt AT507 482B1 2010-08-15 liegenden Innenflanken am Pendelarm verkantet. Dieses Verkanten hat jedenfalls einzusetzen, wenn der Krafteintrag eben nicht genau neunziggrädig wirkt, es würde ohne das Verkanten das Verstellteil ungewollt und funktionell schadhaft verschoben.

[0016] Es verkantet sich der Verstellteil durch eine das Verstellteil schräg verkantende Last in einem zuverlässigen Kraftschluss, welcher sich mit Entfall der Last sofort wieder löst. Dieses Verkanten und Lösen des Formschlusses - analog der Funktion einer Schraubzwinge - findet an jedem Pendelarm erfindungsgemäß bis zu 500-mal pro Minute statt.

[0017] Die beiden parallel bewegten Seilzüge, welche gleichermaßen auf jedes Verstellteil wirken, weisen jeweils ein zwischengeschaltetes Federelement auf das im Falle der Blockiert-heit des jeweiligen Verstellteiles - während des Arbeitshubes - gestreckt wird und mit dem Lösen des blockierenden Formschlusses wird der Verstellweg durch das Einfedern des Federelementes wieder aufgeholt. In umgekehrter Verstellrichtung wird der Verstellweg durch das Einfedern der Rückholfeder wieder aufgeholt. Es wird dermaßen erreicht, dass jedes beliebige Verstellen auch bei Anliegen einer Last am Übertragungselement mit nur einer zeitlichen Verzögerung von etwas mehr als einer Zehntelsekunde erfolgt.

[0018] Beide Seilzüge zu den Verstellteilen werden nach dem zwischengeschalteten Federelementen y-förmig auf einen einzelnen Seilzug zusammengeführt, welcher in einem Verstellmechanismus mündet. Dadurch führt also ein einziger, dünner Seilzug von kurz nach der Kurvenscheibe bis zum Fahrradlenker. Dermaßen ist auch nur ein einziger hündisch bedienter Verstellmechanismus am Fahrradlenker erforderlich.

[0019] Jedes der Übertragungselemente weist ein zwischengeschaltetes Überlast-Feder-element auf, welches sich bei Auftreten einer Überlast reversibel streckt. Durch dieses Bauteil erspart man sich eine wesentliche Verstärkung aller übrigen Bauteile, da speziell über das Fahrrad-Tretpedal durch plötzliches schlagartiges Treten oder Hindernisrammen in kurzen Momenten aberwitzige Lasten auftreten können. Damit nun nicht alle Bauteile auf eine beispielsweise 3-fache Stärke der Normallast ausgelegt werden müssen, wird im Falle des Auftretens einer solchen Überlast die besagte Feder kurzzeitig gestreckt und die schlagartige, zerstörerische Überlast geht ins Leere; Sie wird vom Überlast-Federelement egalisiert.

[0020] In einer erfindungsgemäßen Variante können beide Pendelarme auf einer einzelnen Kurvenscheibe laufen und deren zu separierenden Achsen sind in entsprechendem Drehwinkelabstand um die Eingangswelle radial voneinander entfernt angeordnet. Diese technische Maßnahme erspart eine zweite Kurvenscheibe, bedingt aber das nachteilige räumliche Aufteilen der Pendelarmachsen.

[0021] Jede der beiden gleichförmigen Kurvenscheiben weist eine Vielzahl von mindestens vier Nocken auf. Würden weniger Nocken verwendet, würde sich der Weg der Pendelarme pro Tretkurbelumdrehung entsprechend verkürzen. Dies würde aber umgekehrt eine analoge Vergrößerung der zu übertragenden Kraft bedeuten, die Bauteile müssten nachteilig im selben Maß massiver und schwerer ausgeführt werden.

[0022] Die Nockenhöhe an den Kurvenscheiben im Bereich des UT- bzw. OT-Durchganges des Tretpedals ist niedriger als in den übrigen Bereichen da der Fahrer in diesen Bereichen kaum eine Tretkraft ausüben kann. Um diesen Totbereich-Durchgang abzukürzen werden die Nocken kleiner ausgelegt bzw. es wird in diesen Bereichen gänzlich auf sie verzichtet.

[0023] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung erläutert. Diese zeigen: [0024] Fig. 1: Eine stark schematisierte Seitenansicht des Getriebes am Fahrrad angebaut. Es wird der formschlüssig verkantete einzelne Verstellteil gezeigt. Auf die Darstellung des zweiten radial zur Kurvenscheibe versetzten, baugleichen Pendelarmes, Verstellteiles wurde verzichtet.

[0025] Fig. 2: Eine schematisierte Schnitt-Detailansicht des Pendelarmes mit einem sich unter

Zuglast kraftschlüssig verkantenden Verstellteil. 4/11 österreichisches Patentamt AT507 482B1 2010-08-15 [0026] Fig. 3: Schematische Darstellung der händisch zu bedienenden Steuerteile zum Verstel len des Übersetzungsverhältnisses.

[0027] Fig. 4: Schematische Darstellung in der mittels Computer und Stellmotor die Steuerteile zum Verstellen des Übersetzungsverhältnisses automatisiert bedient werden.

[0028] In Fig. 1 ist eine stark schematisierte Seitenansicht des Getriebes, am Fahrrad 28 angebaut, dargestellt. Mit strichlierten Lienen sind die zweite Kurvenscheibe 5 und die zweite Tretkurbel 25 dargestellt. Die gezeigte Darstellung zeigt die erfindungsgemäße Variante mit dem sich kraftschlüssig verkantenden Verstellteil. Die Verstellteile 8, die Pendelarme 4, die Übertragungselemente 9 und die drehrichtungsabhängigen Kupplungen 10 sind in dieser Seitenansicht nur einmal dargestellt. Die tatsächliche doppelte Anordnung und Verschattung dieser Bauteile 4, 8, 9,10 wird in Fig. 4 gezeigt.

[0029] Der Verstellteil 8 wird durch das Auftreten einer über das jeweilige Übertragungselement 9 angelegten Arbeitslast kraftschlüssig zum jeweiligen Pendelarm 4 verkantet. Der Verstellteil 8 fixiert sich unbeweglich - während des Arbeitshubes 40 - selbsttätig und dynamisch zum jeweiligen Pendelarm 4. Ohne jegliches Zutun des Benützers schließt sich also der Verstellteil 8 während jeden Arbeitszyklus 40 absolut kraftschlüssig und somit verlustfrei mit dem Pendelarm 4 zusammen. Je größer die Last am Übertragungselement 9, desto stärker sich dieser Kraftschluss selbsttätig dynamisch verkantet. An jedem der Verstellteile 8 ist der Aufhängepunkt 12 für das Übertragungselement 9 ausreichend - in eine der beiden Richtungen zur Pendelarm-Längsachse 46, 47 - entfernt von jenem Bereich 13 angebaut, innerhalb dem sich der Verstellteil 8 mit den beiden zugkraftbelasteten und gegenüberliegenden Innenflanken 14 am Pendelarm 4 verkantet.

[0030] Dieses Funktionsprinzip findet man in ähnlicher Form bei der klassischen Schraubzwinge des Schreiners. Es verkantet sich dort der verschiebbare Bügel - in diesem Fall aber der Verstellteil 8 - durch eine den Verstellteil 8 schräg verkantende Last in einem zuverlässigen Kraftschluss, welcher sich mit Entfall der Last sofort wieder löst. Dieses Verkanten und Lösen des Kraftschlusses findet an jedem Pendelarm 4 erfindungsgemäß bis zu 500-mal pro Minute statt.

[0031] Jedes der Übertragungselemente 9 weist ein zwischengeschaltetes Überlast-Federelement 35 auf, welches sich bei Auftreten einer Überlast reversibel streckt. Durch dieses Bauteil 35 erspart man sich eine wesentliche Verstärkung aller übrigen Bauteile, da speziell beim Fahrrad-Tretpedal 25 durch plötzliches schlagartiges Treten in kurzen Momenten aberwitzige Lasten auftreten können. Damit nun nicht alle Bauteile auf eine beispielsweise 3-fache Stärke der Normallast ausgelegt werden müssen, wird im Falle des Auftretens einer solchen Überlast die besagte Feder 35 kurzzeitig gestreckt und die schlagartige, zerstörerische Überlast geht ins Leere; Sie wird vom Überlast-Federelement 35 egalisiert.

[0032] In Fig. 2 wird eine schematisierte Schnitt-Detailansicht des Pendelarmes 4 mit einem sich unter Zuglast kraftschlüssig verkantenden Verstellteil 8 gezeigt. An jedem der Verstellteile 8 ist der Aufhängepunkt 12 für das Übertragungselement 9 ausreichend - in eine der beiden Richtungen zur Pendelarm-Längsachse 46, 47 - entfernt von jenem Bereich 13 angebaut, innerhalb dem sich der Verstellteil 8 mit den beiden zugkraftbelasteten und gegenüber liegenden Innenflanken 14 am Pendelarm 4 verkantet. Diese Art des Verkantens erfolgt dynamisch zur wirkenden Last welche vom Übertragungselement 9 übertragen wird. Es ist dermaßen ein konstruktiv sehr einfaches Verstellteil 8 geschaffen das durch eine auf das Verstellteil 8 schräg wirkende Last einen zuverlässigen Kraftschluss zum Pendelarm 4 herstellt und der sich mit Entfall der Last sofort wieder löst. Dieses Verkanten und Lösen des Kraftschlusses findet an jedem Pendelarm 4 erfindungsgemäß bis zu 500-mal pro Minute statt.

[0033] Der Kraftschluss zwischen Verstellteil 8 und Pendelarm 4 löst sich also während des Rückstellhubes 41 selbsttätig und ohne weiteres Zutun zumindest soweit, als sich der jeweilige Verstellteil 8 bei Bedarf mittels einer längs zur Pendelarm-Längsachse 46,47 gerichteten, weit unter der durchschnittlichen vom Verstellteil 8 übertragenen Zugkraft liegenden Kraft, verschie- 5/11 österreichisches Patentamt AT507 482B1 2010-08-15 ben lässt. Im Regelfall und der erfindungsgemäßen Konstruktion zufolge reichen hier schon Kräfte mit weniger als zehn Newton. Demzufolge können auch die gewohnt dünnen, herkömmlichen Seilzüge 17, 20 eingesetzt werden und vor allem wird es dermaßen möglich unverzüglich und auch unter Last das Übersetzungsverhältnis - während des Rückstellhubes 41 des jeweiligen Pendelarm 4 - beliebig zu verstellen.

[0034] Auf der Kurvenscheibe 5 laufen die Laufrollen des Pendelarms 30 und erzeugen dermaßen die Hubbewegung 38 des Pendelarmes 4. Wird der Verstellteil 8 ganz nach oben verschoben 46, tritt für das Übertragungselement 9 der größtmögliche Weg pro Hub auf. Wird das Verstellteil 8 ganz nach unten verschoben 47, tritt der kleinstmögliche Weg am Übertragungselement 9 auf. Umgekehrt steigt aber die Kraft mit der Abnahme des Weges. Dieses Verstellen des Verstellteiles 8 in beide Richtungen 46, 47 kann absolut stufenlos durchgeführt werden. Die im Arbeitstakt in die eine Hubrichtung 38 bewegten Teile 4, 8, 9, 10 werden durch eine Rückstellfeder 26 am Pendelarm 4 und eine Rückstellfeder 26 an der drehrichtungsabhängigen Kupplung in die andere Hubrichtung 38 im Rückstellhub 41 rückgestellt.

[0035] Die Fig. 3 zeigt eine schematische Schnitt-Darstellung mit hündisch zu bedienenden Steuerteilen zur Verstellung des Übersetzungsverhältnisses. Die Verstellteile 8 werden in die eine Verstellrichtung 46 - zum Verkleinern der Übersetzung - von je einem Seilzug 17 gezogen. In die andere Richtung 47 - zum Vergrößern des Übersetzungsverhältnisses - wird der Verstellteil 8 durch die Federkraft von je einer hier nicht dargestellten Rückholfeder gezogen. Im selben Maß, als diese Feder den Verstellteil 8 anzieht, muss umgekehrt vom Seilzug 17 Seilweg freigegeben werden. In der gezeigten Darstellung werden die Verstellteile 8 von den Seilzügen 11 in die Verstellrichtung 46 zur Steigerung des Übersetzungsverhältnisses gezogen, dies kann erfindungsgemäß selbstverständlich auch in die andere Richtung 47 erfolgen - wie in Fig. 2 gezeigt.

[0036] Die beiden parallel bewegten Seilzüge 17, welche gleichermaßen auf jedes Verstellteil 8 wirken, weisen jeweils ein zwischengeschaltetes Federelement 19 auf, das im Falle der Blo-ckiertheit des jeweiligen Verstellteiles 8 - während des Arbeitshubes 40 - gestreckt wird und mit dem Lösen des blockierenden Kraft- oder Formschlusses wird der Verstellweg 46 durch das Einfedern des Federelementes 19 wieder aufgeholt. In umgekehrter Verstellrichtung 47 wird der Verstellweg durch das Einfedern einer Rückholfeder wieder aufgeholt. Es wird dermaßen erreicht, dass jedes beliebige Verstellen, auch bei Anliegen einer Last am Übertragungselement 9, mit nur einer zeitlichen Verzögerung von etwas mehr als Zehntelsekunde erfolgt.

[0037] Beide Seilzüge 17 zu den Verstellteilen 8 werden nach den zwischengeschalteten Federelementen 19 y-förmig auf einen einzelnen Seilzug 20 zusammengeführt, welcher in einem Verstellmechanismus 21 mündet. Dadurch führt also ein einziger dünner Seilzug 20 von kurz nach der Kurvenscheibe 5 bis zum Fahrradlenker. Dermaßen ist auch nur ein einziger, hündisch bedienter Verstellmechanismus 21 am Fahrradlenker erforderlich. Beide Pendelarme 4 sitzen in der gezeigten Darstellung axial nebeneinander auf ein und derselben Achse 3. In einer erfindungsgemäßen Variante können beide Pendelarme 4 auf einer einzelnen Kurvenscheibe 5 laufen und deren separierte Achsen 3 sind in entsprechendem Drehwinkelabstand um die Eingangswelle 1 radial voneinander entfernt angeordnet. Diese technische Maßnahme erspart eine zweite Kurvenscheibe 5, bedingt aber das räumliche Aufteilen der Pendelarmachsen 3.

[0038] Jedes der gezeigten Übertragungselemente 9 weist ein zwischengeschaltetes Überlast-Federelement 35 auf, welches sich bei Auftreten einer Überlast reversibel streckt. Durch diesen Bauteil 35 erspart man sich eine wesentliche Verstärkung aller übrigen Bauteile, da speziell beim Fahrrad-Tretpedal 25 durch plötzliches, gewaltsames, schlagartiges Treten einen kurzen Moment aberwitzige Lasten auftreten können. Damit nicht alle Bauteile auf beispielsweise eine 3-fache Stärke der Normallast auszulegen sind, wird im Falle des Auftretens einer solchen Überlast die besagte Feder 35 kurzzeitig gestreckt und die schlagartige, zerstörerische Überlast geht ins Leere; Sie wird vom Überlast-Federelement 35 egalisiert.

[0039] Auf der einzelnen, formschlüssig mit dem Laufrad 27 verbundenen Ausgangswelle 2 befinden sich die zwei drehrichtungsabhängigen Kupplungen 10 axial nebeneinander angeord- 6/11

Claims (10)

1. österreichisches Patentamt AT507 482 B1 2010-08-15 net. Eine solche drehrichtungsabhängige Kupplung 10 kann als Ratschen- oder Klemmkörper-Überholgetriebe ausgelegt werden. Letzteres ist zu bevorzugen, da es in jeder Drehwinkelstellung immer sofort schließt. [0040] In dieser Darstellung Fig. 3 wird verdeutlicht, dass das Getriebe und insbesondere deren Steuerung zum einen recht einfach aufgebaut ist und nur aus sehr wenigen Bauteilen besteht. Zum anderen ist es aber auch sehr leicht und platzsparend. Getriebe und Steuerung sind ohne Veränderung des herkömmlichen Fahrradrahmens 25 und Laufrades 27 einzubauen. Weiters geht das Umschalten der Übersetzung mit den gewohnt dünnen Seilzügen 17, 20 vonstatten und - im Gegensatz zur herkömmlichen Kettengangschaltung der Fahrräder - kann auch unter Last jederzeit jedes beliebige Umschalten der Übersetzung 46, 47 durchgeführt werden. [0041] In Fig. 4 wird in der schematischen Darstellung das Verstellen des Übersetzungsverhältnisses mittels Computer 23 und Stellmotor 22 gezeigt. In der erfindungsgemäßen Variante wird hier der Seilzug 20 durch einen kleinen Stellmotor 22 mit Batterie betätigt. Der Stellmotor 22 wird seinerseits vom Radcomputer 23 angesteuert. Dieser Radcomputer 23 wird einerseits vom Benützer mit Sollwerten zu Trittfrequenz, Tretleistung u.ä. programmiert und anderseits ermittelt er über Sensoren 24, die Istwerte. Nach den voreingestellten Werten und den Werten von den Sensoren 24 verstellt er völlig automatisiert die Übersetzung. Der Benützer muss sich also überhaupt nicht mehr um die Schaltung kümmern, der Computer 23 erledigt überden Stellmotor 22 das Nachjustieren der absolut passenden Übersetzung. Es werden dem Computer 23 also beispielsweise 60 Umdrehungen pro Minute der Tretpedale als Sollwert eingegeben. Wird nun der Fahrer langsamer weil die Last eben zu hoch ist, regelt der Computer 23 die Übersetzung soweit zurück 47, bis der Fahrer mit seiner eingesetzten Kraft wieder die 60 Umdrehungen pro Minute an den Pedalen 25 erreicht. [0042] Wird der Fahrer umgekehrt schneller als 60 Umdrehungen, regelt er die Übersetzung entsprechend hoch 46 bis wieder der Sollwert erreicht ist. In der Fig. 4 wird außerdem detailliert jener Vorgang gezeigt, wenn einer der beiden parallel bewegten Seilzüge 19/1 durch die Blo-ckiertheit eines Verstellteiles 8 - während des Arbeitshubes 40 der drehrichtungsabhängigen Kupplung 10/1 - gestreckt wird. Mit dem Lösen des blockierenden Formschlusses der drehrichtungsabhängigen Kupplung 10/1 wird der Verstellweg durch das Einfedern des Federelementes 19/1 wieder aufgeholt. In umgekehrter Verstellrichtung 47 wird der Verstellweg durch das Einfedern der hier nicht gezeigten Rückholfeder wieder aufgeholt. Patentansprüche 1. Getriebe mit einer stufenlos veränderbaren Übersetzung zwischen einer Eingangswelle (1) und einer Ausgangswelle (2), welches mindestens zwei um eine Achse (3) schwenkbar gelagerte Pendelarme (4) aufweist, die durch die Drehung der Eingangswelle (1) und der damit formschlüssig verbundenen Kurvenscheiben (5) in eine gleichförmige, wechselweise und sich gegenseitig in den Arbeitszyklen (40) überlappende Hubbewegung (38) versetzt werden, welche mittels zweier separater Verstellteile (8), die entlang des Pendelarm-Verstellweges (39) verschiebbar gelagert sind, in die längenvariable Hin- und Herbewegungen (38) der beiden Übertragungselemente (9) gewandelt wird und diese wechselweise Bewegung wird an die beiden, räumlich entfernten drehrichtungsabhängigen Kupplungen (10) übertragen, wo sie wiederum in eine kontinuierliche und gleichförmige Drehung einer Ausgangswelle (2) gewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass am Verstellteil (8) der Aufhängepunkt (12) für das Übertragungselement (9) ausreichend - in eine der beiden Richtungen zur Pendelarm-Längsachse (42) - entfernt von jenem Bereich (13) angeordnet ist, innerhalb dem der Verstellteil (8) mit den beiden Zugkraft belasteten und gegenüberliegenden Innenflanken (14) am Pendelarm (4) kraftschlüssig verkantbar ist.
2. 2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel bewegbaren Seilzüge (17) gleichermaßen auf jedes Verstellteil (8) wirkbar angeordnet sind und das jeweils zwischengeschaltete Federelement (19), im Falle der Blockiertheit während des Arbeitshubes (40) eines einzelnen Verstellteilteils (8), gestreckt wird und mit dem Lösen des blockie- 7/11 österreichisches Patentamt AT507 482 B1 2010-08-15 renden Kraftschlusses den Verstellweg (47) durch das Einfedern des Federelementes (19) bzw. in umgekehrter Verstellrichtung der Verstellweg (46) durch das Einfedern der Rückholfeder (18), wieder aufholbar ist.
3. 3. Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, beide Seilzüge (17) nach dem Federelement (19) Y-förmig auf einen einzigen Seilzug (20) zusammen geführt werden, welcher in einem Verstellmechanismus (21,22) mündet.
4. 4. Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer erfindungsgemäßen Variante das Verstellen des Seilzuges (20) mittels eines Stellmotors (22) erfolgt, welcher von einem Computer (23) angesteuert wird, der seinerseits über Sensoren (24) Werte wie z.B. die ist-Tretfrequenz oder die Ist-Last am Tretpedal ermittelt und automatisiert mittels Verstellmotor (22) den Verstellteil (8) auf zuvor eingestellte Sollwerte adäquat nachregelt.
5. 5. Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Übertragungselemente (9) ein Überlast-Federelement (35) zwischengeschaltet ist, welches sich bei Auftreten einer Überlast reversibel streckt.
6. 6. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Pendelarme (4) auf einer einzigen Kurvenscheibe (5) laufen und deren separirte Pendelarmachsen (3) in entsprechendem Drehwinkelabstand (45) zur Eingangswelle (1) radial voneinander entfernt angeordnet sind.
7. 7. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die einzige Kurvenscheibe (5) eine höchstmögliche Vielzahl, aber zumindest vier Nocken (6) aufweist.
8. 8. Getriebe nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenhöhe (7) an der Kurvenscheibe (5) im Bereich des UT- bzw. OT-Durchganges (36) des Tretpedals (25) niedriger ist als in den übrigen Bereichen.
9. 9. Verfahrensanspruch zu einem Getriebe mit einer stufenlos veränderbaren Übersetzung zwischen einer Eingangswelle (1) und einer Ausgangswelle (2), welches mindestens zwei um eine Achse (3) schwenkbar gelagerte Pendelarme (4) aufweist, die durch die Drehung der Eingangswelle (1) und der damit formschlüssig verbundenen Kurvenscheiben (5) in eine gleichförmige, wechselweise und sich gegenseitig in den Arbeitszyklen (40) überlappende Hubbewegung (38) versetzt werden, welche mittels zweier separater Verstellteile (8) , die entlang des Pendelarm-Verstellweges (39) verschiebbar gelagert sind, in die längenvariable Hin- und Herbewegungen (38) der beiden Übertragungselemente (9) gewandelt wird und diese wechselweise Bewegung wird an die beiden, räumlich entfernten drehrichtungsabhängigen Kupplungen (10) übertragen, wo sie wiederum in eine kontinuierliche und gleichförmige Drehung einer Ausgangswelle (2) gewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Verstellteile (8) durch das Auftreten einer über die Übertragungselemente (9) angelegten Arbeitslast kraftschlüssig zum jeweiligen Pendelarm (4) verkanten und die Verstellteile (8) dermaßen während des Arbeitshubes (40) dynamisch und selbsttätig zum jeweiligen Pendelarm (4) unbeweglich fixiert werden.
10. 10. Verfahrensanspruch zu einem Getriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kraftschluss zwischen Verstellteil (8) und Pendelarm (4) mit Entfall der Arbeitslast selbsttätig löst. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 8/11