Übersetzungsgetriebe zur kontinuierlichen, stufenlosen Veränderung der Tourenzahl und des Drehmomentes von rotierenden Kr aftüber tragnngsorganen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Übersetzungsgetriebe zur kontinuier lichen, stufenlosen Veränderung der Touren zahl und des Drehmomentes eines rotieren den getriebenen Teils, bei welchem Getriebe der Antrieb auf den treibenden Teil inter- mittierend,
impulsweise erfolgt, insbesondere für Fahrräder mit Tretkurbelantrieb.
Es sind bei Fahrrädern in das Tretlager eingebaute Übersetzungsgetriebe vorgeschla gen worden, bei denen der stufenlose Über setzungswechsel nach Art der bekannten Reibradgetriebe durch Verschieben einer auf konischen Trommeln laufenden Friktions- Sa.ite erfolgen soll. Abgesehen davon, dass ein bei hinreichender Festigkeit genügend bieg samer Baustoff für derartige Saiten noch nicht hergestellt werden kann, krankt dieser Vorschlag an dem allen Reibradgetrieben eigenen Übel zu grosser Reibungsverluste und demzufolge nur geringer mechanischer Wir kungsgrade.
Weiter sind Übersetzungsgetriebe für Fahrräder bekannt, bei denen die kontinuier liche Variabilität der Tourenzahl durch künstlich erzeugten sogenannten "Schlupf" in den Kraftübertragungsorganen, zum Bei spiel durch Zwischenschaltung gleitender Kupplungsorgane, herbeigeführt werden soll. Infolgedessen ist es mit solchen Mitteln wohl möglich die Tourenzahl der getriebenen Welle zu variieren, nicht absr auch - auf was es jedoch ganz besonders ankommt die Drehmomente .zu verändern.
Dieselben stehen an der treibenden und der getriebenen Welle dauernd im gleichen Verhältnis, so dass dieser künstlich erzeugte "Schlupf" lediglich eine Leistungsvernichtung bewirkt und dadurch eine ganz erhebliche Verschlech terung des mechanischen Nutzeffektes her beiführt und im übrigen auch keine Verände rung der Drehmomente der getriebenen Welle gegenüber der treibenden Welle zu bewir ken vermag.
Andere bekannte Fahrrad-Übersetzungs- getriebe sind auf dem Prinzip der im Kraft- wagenbau gebräuchlichen Wechselgetriebe aufgebaut und ermöglichen nur eine an wenige feste Stufen gebundene Veränderbär- keit der Tourenzahlen und Drehmomente. Zudem sind diese letztgenannten bekannten Wechselgetriebe sehr schwer im Gewicht und mechanisch sehr kompliziert und demzufolge auch entsprechend teuer, so dass sie sich nicht in den tatsächlich bestehenden Bedürfnissen entsprechendem Masse einzuführen vermoch ten.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Beseitigung aller dieser Nachteile. Beim er findungsgemässen Getriebe kann man mit relativ wenig Einzelteilen auskommen, so dass es entsprechend klein, leicht und billig gebaut werden kann, ohne dadurch an Be triebssicherheit einzubüssen. Darüberhinaus bietet das erfindungsgemässe Getriebe die Möglichkeit der kontinuierlichen, stufenlosen Veränderbarkeit der Tourenzahlen und Dreh momente.
Zu diesem Zwecke sind gemäss der Erfindung zwischen den treibenden und den getriebenen Teil elliptische Zahnräder in den Kraftfluss eingebaut. wobei eine mit min destens einem der Ellipsenzahnräder in Wir kungsverbindung stehende Steuerung vorge sehen ist, welche dazu bestimmt ist, dieses Ellipsenzahnrad in derRotationsebene gegen über seiner Tragwelle zu verstellen, der massen, dass der Winkel zwischen der einen Ellipsenachse dieses Ellipsenrades und der Halbierenden des Drehwinkels,
in dessen Be reich der impulsweise Kraftantrieb jeweils erfolgt, in seiner Grösse verändert werden kann.
In der Zeichnung ist eine mögliche Aus führungsform des Erfindungsgegenstandes beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 das Übersetzungsgetriebe im Schnitt nach der Linie 1-I in Fig. 2, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 eine Seitenansicht des Getriebes in Richtung des in Fig. 1 eingezeichneten Pfei les A gesehen, Fig. 4 und 5 eine schematische Darstel- lung der Zahnräder in zwei verschiedenen Stellungen.
In dem dargestellten Beispiel bezeichnen 1 und 2 die beiden Hälften eines zweitei ligen Fahrradtretlagergehäuses mit Muffen 3. 4 und 5 für die Rahmenrohre 6. 7 und B. Mit 9 ist die Tretkurbelwelle mit den üblichen Tretkurbeln 10 und 11 bezeichnet.
Die Tretkurbelwelle 9 ist einerseits mittels eines Kugellagers 12 und anderseits in einer Büchse 13 über den Hals 14 eines Zahnrades und ein Kugellager 15 im Gehäuse 1, \? dreh bar gelagert. 16 bezeichnet eine ebenfalls im Gehäuse 1, 2 mittels der Kugellager 17 und 18gelagerteVorgelegewelle. <B>Auf</B> derTretkur- belwelle 9 ist ein elliptisches Zahnrad 19 auf gekeilt, welches mit einem gleich grossen ebenfalls elliptischen Zahnrad 20 auf der Vorgelegewelle 16 ständig in Eingriff steht, während ein weiteres, koaxial zur Tretkur belwelle 9 angeordnetes,
mit der Büchse 13 versehenes Ellipsenrad 21 mit einem eben falls gleich grossen Ellipsenrad 22 der Vor gelegewelle 16 dauernd kämmt. Die sämt lichen Ellipsenräder sind um durch die Ellip- senachsenschnittpunkte verlaufende Achsen drehbar. Auf dem Hals 14 des Zahnrades 21 ist ein Flansch 23 aufgelkeilt, und mittels Schrauben 24 ist dieser mit dem grossen KA-t- tenrad 25 verbunden.
Die Vorgelege-,velle 16 ist hohl ausgebil det und weist in ihrem Innern einen achsial verschiebbaren Steuerkolben 26 auf. Im Steuerkolben 26 sind zwei diesen quer durch dringende Steuerbolzen 27 fest angeordnet, deren aus dem Steuerkolben 26 vorstehende Enden in Schrägschlitze 28 bezw. 29 der Vor gelegewelle 16 bezw. der Ellipsenräder 20 und 22 eingreifen. Hierbei sind die je über einanderliegenden Schrägschlitze 28 der Vor gelegewelle und 29 der Zahnräder kreuzweise zueinander angeordnet. wie dies Fig. 1 deut lich erkennen lässt.
Mit 30 ist ein vom Gehäuse 1. 2 abstehen der ringförmiger Hals bezeichnet, welcher auf der Aussenseite mit einem steilen Ge winde 31 versehen ist welches mit dem Innengewinde eines Deckels 32 korrespon- dient.
Dieser Deckel 32 steht mit dem Steuerkolben 26 in Verbindung, derart, dass sich der Steuerkolben im Deckel 32 unge hindert um seine Längsacbse drehen kann, während jedoch jede achsiale Verschiebung des Deckels 32 auf den Steuerkolben 26 über tragen und diesem mitgeteilt wird. Der Dek- kel 32 weist einen Arm 33 auf, an welchem ein Schaltgestänge 34 gelenkig angeschlos sen ist.
Die Handhabung und Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Übersetzungsgetrie bes ist kurz folgende: Erfahrungsgemäss er folgt bei einem Fahrrad mit Tretkurbelan- trieb der Kraftantrieb in intermittierenden Impulsen, und zwar erstreckt sich dieser Kraftimpuls erfahrungsgemäss über einen Kurbelwinkel von etwa 90 Grad,
von denen sich mit Bezug auf die Horizontale X -X recht angenähert etwa 45 Grad über die obere und etwa 45 Grad über die untere Kurbel- hälfte erstrecken.
Auf diesen impulsweisen Antrieb baut sich das ganze Prinzip des vorbeschriebenen Übersetzungsgetriebes auf. Zum besseren Eindringen in das Wesen der Erfindung und Verständnis sei angenommen, dass sich die Tretkurbeln 10, 11 im Ausgangspunkte der nachfolgenden Betrachtungen in horizontaler Lage (Ebene X-X), also mitten im Kraft hub befinden, wie dies aus Fig. 2 hervor geht.
Die Ellipsenräder 19, 20, 21 und 22 sollen dabei zunächst die aus Fig. 4 er sichtliche Lage einnehmen, in welcher die Ellipsenachse der je auf gleichen Achsen 9 bezw. 16 angeordneten Räder 19, 21 bezw. 20, 22 parallel zueinander verlaufen.
Wer den nun die Tretkurbeln im Sinne des in Fig. 2 eingezeichneten Pfeiles B gedreht, so wird diese Drehbewegung über die Ellipsen räder 19, 20, 21 und 22 und den Flansch 23 dem Kettenrad mitgeteilt und durch die übliche (nicht gezeichnete) Kette die Bewe gung weiter auf das Hinterrad des Fahr rades übertragen.
In Fig. 4 ist der Sektor des Drehwinkels a, welchen das Ellipsenrad 19 während des Krafthubes zurücklegt, senk recht schraffiert. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist,
fällt die Halbierende H des Drehwinkels mit der kleinen Ellipsenachse des Rades 19 zusammen. Die ganze Abrollung während des Krafthubes erfolgt zusammen. Die ganze Abrollung während des Krafthubes erfolgt beim Rad 19 auf einer dem Ellipsenachsen- schnittpunkt O relativ nahe liegenden Bogen strecke,
wobei die Radien dieser Bogen punkte in. ihrer Länge verhältnismässig nur wenig voneinander abweichen. Bei dem Ellipsenrad 20 (Fig. 4) ist der am Kraft hub beteiligte Sektor horizontal schraffiert gezeichnet. Wie ersichtlich, ist der Drehwin kel ss dieses Rades bei gleicher Bogenlänge des auf dem Rad 19 abrollenden LTmfang- stückes erheblich kleiner als der Drehwin kel a des Rades 19.
Entgegen den Verhält nissen beim Rade 19 ist beim Rade 20 wäh rend der Abrollung ein von dessen Achsen- schnittpunkt 0 relativ entferntes Bogenstück beteiligt.
Demgemäss hat sich auch die Win- kelgeschwindigkeit des Rades 20 gegenüber dem treibenden Rad 19 verringert, während indessen das Drehmoment des Rades 20 im Verhältnis der Winkelgeschwindigkeitsab- nahme zugenommen hat. Das Übersetzungs verhältnis zwischen den Rädern 19 und 20 beträgt in der gezeichneten Stellung während des ganzen Krafthubes angenähert 1 :2. Das Ellipsenrad 22 bewegt sich während des Krafthubes um den nämlichen Drehwinkel ss wie das Rad 20.
Der Sektor des Drehwinkels ss des Rades 22 ist in Fig. 4 wieder horizon tal schraffiert. Bei dem mit dem Rad 22 kämmenden Zahnrad 21 erfolgt die Abrol- lung entgegen dem Rade 22 wieder auf einem dem Achsenschnittpunkt 0 relativ nahe lie genden Bogenstück, wie beim Rade 19.
Der aus der Abrollung beim Rade 21 sich erge bende Drehwinkel y beträgt, wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, wieder 90 Grad wie beim Rade 19, so dass sich in der in Fig. 4 ge zeichneten Stellung für die Räder 19 und 21 ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 1 ergibt.
Dieses Übersetzungsverhältnis bleibt indessen nicht nur während des Krafthubes sondern während der ganzen Kurbelumdrehung das gleiche, da die durch die Elliptik der Räder <B>1,9</B> und 20 bedingte Ungleichförmigkeit der -N#@'iiilzel-eschwindigkeit der Vorgelegewelle 16 durch. das umgekehrt wirkende Räderpaar 22, 21 in jeder Kurbelstellung wieder völlig ausgeglichen wird.
Es soll nun eine andere, beispielsweise die kleinste Übersetzung eingeschaltet wer den. Zu diesem Zwecke wird das Schalt gestänge 34 durch einen üblichen Mechanis mus in Richtung des in Fig. 2 eingezeichne ten Pfeiles C bewegt. Hierbei erfährt der Deckel 32 (Fig. 1) eine Drehbewegung und zufolge des Gewindeganges 31 zugleich eine achsiale Bewegung in Richtung des in Fig. 1 eingezeichneten Pfeiles D.
Dadurch werden die Schaltbolzen 27 in den Schrägschlitzen 28 und 29 verschoben, und da die Schräg schlitze 28 der Vorgelegewelle 16 gegenüber- den Schrägschlitzen 29 in den Rädern 20. 22 gekreuzt angeordnet sind, folgt, dass sich die Räder 20, 22 in ihrer Rotationsebene gegen über ihrer Tragwelle 16 verstellen. Es er- Olibt sich dann zum Beispiel für die kleinste rbersetzung für die Räder 22, 21 die aus Fig. 5 ersichtliche Stellung gegenüber der Lage der Räder 19, 20.
In Fig. 5 ist der Sek tor des Drehwinkels a des Rades 19 während des Krafthubes wieder senkrecht und der entsprechende Sektor des Drehwinkels ss des Rades 20 wieder horizontal schraffiert ge zeichnet. Ebenso ist der Sektor des im Win- kelmass gleichbleibenden Drehwinkels ss des Rades 22 mit horizontaler Schraffur verse hen. Im Gegensatz zu den Verhältnissen in Fig. 4 erfolgt in Fig. 5 die Abrollung des Rades 22 während des Krafthubes auf einem dem Achsenschnittpunkt 0 relativ nahe lie genden Bogenstück.
Die Länge dieses Bogen stückes ist dementsprechend auch nur klein und korrespondiert mit einem gleich kurzen Bogenstück des Rades 21, bei welch letz terem dieses Bogenstück jedoch vom Achsen schnittpunkt 0 relativ weit abliegt. Die Folge davon ist, dass sich die Drehung des Rades 21 über einen relativ nur kleinen Drehwinkel y erstreckt. Dementsprechend hat sich auch dieM'inkelgeschwindigkeit des Rades 21 ver kleinert, während dessen Drehmoment im nämlichen Verhälinis zugenommen hat.
Für die aus Fig. 5 ersichtliche gegenseitige Stel lung der Räder ergibt sich ein@gesamtesÜber- setzun,gsverhältnis zwischen den Rädern 19 lind 21 von sehr angenähert 1 :4.
Wie ersichtlich. schliesst in Fig. 5 die grosse Ellipsenachse des Rades 22 mit der Halbierenden H des Drehwinkels y des Krafthubes einen Winkel 8 von 90 Grad ein, währenddem bei dem Übersetzungsverhältnis von 1 : 1, entsprechend der Fig. 4. die grosse Ellipsenachse des Rades 22 mit der Halbie renden des Drehwinkels y zusammenfällt, be ziehungsweise mit dieser einen Winkel von 0 Grad einschliesst.
Durch schwächeres oder stärkeres Verstellen des Deckels 32 bezw. der Räder 20, 22 kann der Winkel 8 zwischen 0 bis 90 Grad beliebig gewählt werden, wobei jede, auch die kleinste Änderung dieses Win kels 8 ein entsprechend anderes Übersetzungs verhältnis zwischen den Rädern 19 und 21 bezw. dem treibenden Teil 9 und dem ge triebenen Teil 25 zur Folge hat.
Statt wie in dem beschriebenen Beispiel dargestellt. wäre es natürlich auch möglich nur das eine Rad der Vorgelegewelle, z. B. das Rad 22. gegenüber seiner Tragwelle ver stellbar auszubilden, wie es auch denkbar wäre, das erste Ellipsenrad 19 gegenüber der jeweiligen Lage der Tretkurbeln 10. 11 in der Rotationsebene gegenüber der Tretlager- welle 9 verstellbar zu gestalten.
Die für das beschriebene Beispiel ge wählte kreuzweise Anordnung der Schräg schlitze 28, 29 hat den Vorteil, dass die aus dem Zahndruck resultierenden aehsialen Druckkomponenten auf die Schrägschlitze bezw. die Steuerbolzen 27 in einander ent gegengesetzten Richtungen wirken und sich so aufheben. doch könnte natürlich die Ver stellung der Räder oder des Rades auch auf andere Weise und mit andern Mitteln be werkstelligt werden.
Bei dem beschriebenen Beispiel ist die Steigung des Gewindeganges 31 so gewählt, dass er in der Achsenrichtung selbsthemmend wirkt, so dass der Deckel 32 auch durch all- fällige achsiale Reaktionsdrücke der Steuer kolben 26 in der eingestellten Lage verbleibt.
Statt der gewählten Gestängeschaltung könnte natürlich auch eine Drahtzugschaltung in Anwendung kommen, wie es im übrigen selbstverständlich möglich ist, die einzelnen Elemente im Rahmen der Erfindung von dem dargestellten Beispiel abweichend zu ge stalten.