CH628580A5

CH628580A5 - Riemenantrieb fuer ein fahrrad.

Info

Publication number: CH628580A5
Application number: CH451078A
Authority: CH
Inventors: Dale Leonard Waugh
Original assignee: Dayco Corp
Priority date: 1977-04-27
Filing date: 1978-04-26
Publication date: 1982-03-15
Also published as: CA1068742A; DE2818248A1; JPS53136243A; NL7804255A; BR7802607A; FR2389049A1; NO781382L; US4099737A; IT7822598A0; MX146539A; BE866394A; JPS5632149B2; GB1567097A; DK182678A; IT1094728B; DE7812673U1

Description

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Riemenantrieb für Fahrräder zu finden, der beim Anfahren eine maximale Antriebskraft bietet und ausserdem eine Änderung der Antriebskraft in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit des Fahrrades aufweist. Dabei sollen diese Funktionen automatisch, d.h. unabhängig vom Benutzer des Fahrrades, ablaufen. Diese Aufgaben werden gelöst durch einen Riemenantrieb gemäss der Definition des Anspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche definieren vorteilhafte Ausführungsformen dieses Riemenantriebes.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Fahrrad mit dem erfindungsgemässen Riemenantrieb,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Riemenantriebes mit weggebrochen dargestellten Kurbelarmen, wobei sich die Teile des Antriebes in einer Position befinden, die beim Anfahren des Fahrrades auftritt,

Fig. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2, wobei sich jedoch die Teile des Antriebes in einer Position befinden, die dem Fahren bei hoher Geschwindigkeit entspricht,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 2, Fig. 5 eine Darstellung entsprechend Fig. 2 eines anderen Ausführungsbeispieles des Antriebes, und

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Fig. 6 eine Darstellung eines Teiles eines weiteren Ausführungsbeispieles des Antriebes.

Das Fahrrad 20 nach Fig. 1 hat einen Riemenantrieb 21 mit einer optimalen Einfachheit und Wirtschaftlichkeit, und es wird ein verhältnismässig preisgünstiger, endloser Antriebsriemen 22 verwendet. Der Antriebsriemen 22 garantiert, dass das Fahrrad ohne Schlupf zwischen dem Riemen 22 und seiner zugehörigen Teile beim Anfahren betrieben werden kann, wenn das Drehmoment bzw. die Belastung maximal ist. Der Antrieb 21 hat zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem antreibenden und dem angetriebenen Rad automatische Einrichtungen, die im folgenden näher beschrieben werden.

Das Fahrrad 20 hat auf übliche Weise einen Rahmen 23, einen Sitz 24 für den Benutzer, einen Lenker 25 am oberen Ende einer Gabelanordnung 26, die schwenkbar mit dem Rahmen verbunden ist. Die Gabelanordnung 26 hält drehbar das Vorderrad 27. Der Rahmen 23 hat einen hinteren Abschnitt 30, der das rückseitige Rad 31 drehbar hält. Ausserdem ist eine Pedalanordnung 32 üblicher Ausführung vorgesehen, die drehbar im unteren Teil des Rahmens 23 gelagert ist.

Der Riemenantrieb 21 hat ein Antriebsrad 34 (Fig. 2), das durch einen Keil 36 mit der Welle 35 verriegelt ist, und die Welle 35 mit dem Rad 34 wird somit durch den unteren Teil des Rahmens 23 drehbar gelagert. Weiterhin ist ein angetriebenes Rad 37 vorhanden, das auf einer Achse 40 drehbar gelagert ist. Das rückseitige Laufrad 31 desFahrrades ist auf geeignete Weise mit einem Abschnitt des angetriebenen Riemenrades 37 verbunden, so dass das Laufrad 31 und das Riemenrad 37 drehbar auf der Achse 40 gelagert sind, die am rückseitigen Abschnitt 30 des Rahmens 23 befestigt ist.

Das antreibende Riemenrad 34 hat einen verzahnten Nabenabschnitt 42 und ein Paar von einander gegenüber angeordneten Seitenflanschen 43, die zu dem Nabenabschnitt 42 symmetrisch angeordnet sind. Die Seitenflansche 43 sind gegenüber dem Nabenabschnitt 42 fixiert und dienen dazu, den Riemen 22 zu halten, so dass er auf seinem endlosen Weg in Zahneingriff mit dem gezahnten Nabenabschnitt 42 arbeitet. Die Seitenflansche 43 erstrecken sich von dem Nabenabschnitt 42 nach aussen, wie bei 44 in Fig. 2 gezeigt ist, so dass sie diese den Riemen haltende Funktion erfüllen können.

Das angetriebene Riemenrad 37 hat ebenfalls einen verzahnten Nabenabschnitt 45 und ein Paar symmetrisch angeordneter, einander gegenüberliegender Seitenflansche 46, 47. Einer von ihnen, 46, ist axial beweglich (vgl. Fig. 4), während der andere, 47, axial fixiert ist. Der Antrieb 21 hat weiterhin eine auf Geschwindigkeit ansprechende Einrichtung 50, die so ausgeführt ist, dass sie in den axial beweglichen Flansch 46 eingreift und diesen in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit bewegt. Die Funktion der geschwindigkeitsgesteuerten Einrichtung 50 wird anschliessend näher beschrieben.

Der Riemen ist ein Zahnriemen mit zahlreichen Zähnen 51 mit einem besonderen Teilungsabstand aus einem im folgenden beschriebenen Grund. Der Nabenabschnitt 42 des Riemenrades 34 hat zahlreiche Zähne 52, während der Nabenabschnitt 45 des Riemenrades 37 zahlreiche Zähne 53 hat. Der Teilungsabstand der Zähne 52 des Nabenabschnittes 42 und derjenige der Zähne 53 des Nabenabschnittes 45 sind gleich und entsprechen dem Teilungsabstand der Zähne 51 des Riemens 22, so dass dieser wirksam in die Nebenabschnitte 42 und 45 zur / ntriebsübertragung eingreifen kann, insbesondere auch beim Anfahren des Fahrrades 20. Nachdem das Fahrrad gestartet hat und die Geschwindigkeit des rückseitigen Laufrades 31 und damit die Drehgeschwindig-■ keit des Riemenrades 47 ansteigt, bewegt sich der Flansch 46

in Richtung des axial fixierten Flansches 47 aufgrund der Wirkung der auf Geschwindigkeit ansprechenden Einrichtung 50, während der verzahnte Nabenabschnitt 41 des Riemenrades 34, das mit der Pedalanordnung 32 fest verbunden 5 ist, auf gleiche Weise weiter arbeitet wie beim Anfahren, mit seinen Zähnen 52 in Eingriff mit dem Zahnriemen 22.

Bei Anstieg der Drehgeschwindigkeit des Riemenrades 37 bewegt sich der Flansch 46 zu der durch Strichpunktlinien 55 in Fig. 4 dargestellten Position und folglich bewegt sich der io Riemen 22 radial nach aussen an den Flanschen 46, 47 des Rades 37 entlang, wie die Fig. 3 zeigt. Die auf Geschwindigkeit ansprechende Einrichtung 50 bewegt den Flansch 46 in axialer Richtung infolge eines Anstieges der Drehgeschwindigkeit des zugehörigen Riemenrades 37, so dass der Riemen 15 22 radial nach aussen gleitet und die einander gegenüberliegenden Antriebsflächen 56 des Riemens 22 an den Flanschen 46 und 47 angreifen, d.h. den divergierenden Innenflächen 57 der Flansche 46, 47. Dabei werden die Flansche und das Riemenrad 37 derart angetrieben, dass sich das 20 Übersetzungsverhältnis zwischen dem antreibenden Riemenrad 34 und dem angetriebenen Riemenrad 37 ändert.

Der in axialer Richtung feststehende Flansch 47 hat einen seitlichen Fortsatz 60, an dessen Basis sich der Nabenteil 56 befindet. Die Zähne 53 befinden sich an dem Fortsatz 60 25 und sind in einem Stück an ihm angeformt. Der seitliche Fortsatz 60 hat eine Schulter 61, die sich zu einem rohrförmigen Fortsatz 62 von geringerem Durchmesser bis zu seinem Ende fortsetzt. Der Flansch 46 hat einen rohrförmigen seitlichen Fortsatz 63, der konzentrisch den Fortsatz 60 umschliesst 30 und Zähne 53 aufweist. Der Fortsatz 63 hat eine nach innen gerichtete Schulter 64 und eine zylindrische Innenfläche 65 am Ende der Schulter 64. Die Fläche 65 befindet sich an einer Hülse 66, die in axialer Richtung auf dem Fortsatz 62 des Flansches 47 verschiebbar ist. Eine zusammengedrückte 35 Druckfeder 67 wirkt zwischen den Schultern 64 und 61 und hält normalerweise die Flansche 46 und 47 auseinander, wobei der Riemen 22 auf dem verzahnten Nabenabschnitt ruht, wie die Fig. 4 zeigt.

Die Einrichtung 50 des Fahrradantriebes hat ausserdem 40 ein Gehäuse 70, das durch eine Hülse 69 an dem rohrförmigen Fortsatz 62 befestigt ist, der seinerseits einen Abschnitt des axial fixierten Flansches 47 bildet. Das Gehäuse 70 hat einen L-förmigen inneren Abschnitt mit einem horizontalen Arm 71 und einem vertikalen Arm 72. An dem Arm 71 ist 45 ein Paar von Hülsenkörpern 73 und 74 befestigt. Die Einrichtung 50 hat auch ein Steuergehäuse 75, dessen innere Fläche 76 als Steuerfläche dient. Das Gehäuse 75 ist an dem Flansch 46 befestigt.

In dem Steuergehäuse 75 ist eine endlose Schraubenfeder 50 77 angeordnet, die aus zwei Zugfedern bestehen kann, die aneinander befestigt sind, um eine ringförmige Spannfeder zu bilden. Die Feder 77 kann auch aus einer einzelnen Spannfeder bestehen, die an einer Stelle zusammengeführt bzw. verbunden ist, um eine gleiche Ringform zu bilden. Die Feder 55 77 wird durch den vertikalen Arm 72 und die Hülse 73 in ihrer Position gehalten, so dass jede Kraft der Feder bei ihrer Ausdehnung nach aussen aufgrund der an ihr wirkenden Zentrifugalkraft durch das Steuergehäuse 75 und den Flansch 46 in eine axiale Bewegung umgesetzt wird. Die axiale Be-60 wegung des Flansches 46 bestimmt somit, wo der Riemen 22 auf dem Riemenrad 37 laufen wird, um auf diesen in Drehrichtung eine Antriebskraft zu übertragen. Der genaue Betrag der axialen Bewegung ergibt sich durch die Drehgeschwindigkeit des Riemenrades 37. Die Einrichtung 50 ar-65 beitet automatisch und unabhängig, ohne irgendeine Betätigung durch den Benutzer des Fahrrades zu erfordern, mit Ausnahme, dass dieser die Pedalanordnung 32 zum Erreichen der gewünschten Geschwindigkeit betätigen muss.

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Die Einrichtung 50 ist ähnlich der in der US-Patentschrift Nr. 3 623 377 beschriebenen Einrichtung.

Der Fahrradantrieb 21 hat weiterhin eine Spanneinrichtung 80 (Fig. 1) für den Riemen mit einem Basisteil 81, der bei 82 auf geeignete Weise mit dem Rahmen 23 verbunden ist, einem Paar von Armen 83, von denen jeder mit seinem inneren Endabschnitt schwenkbar durch einen Schwenkzapfen 89 an dem Basisteil 81 befestigt ist, und einem äusseren Endabschnitt mit einer Riemen-Andruckrolle 84, die drehbar auf einer Achse 85 (Fig. 2) gehalten ist. Die Spanneinrichtung 80 hat aus einer Druckfeder 86 bestehende Mittel, die die Arme 83 nachgiebig gegeneinander drücken, so dass die Riemenrollen 84 während der Bewegung des Riemens 22 auf diesen drücken. Die Einrichtung zur Steuerung der Riemenspannung steuert bei allen Arbeitsgeschwindigkeiten des Riemens dessen Spannung, unabhängig davon, ob der Riemen 22 während des Anfahrens betrieben wird, d.h. wenn seine Zähne 51 in Zahneingriff mit den Zähnen 53 des Nabenabschnittes 45 und den Zähnen 52 des Nabenabschnittes 42 stehen oder anschliessend, wenn die Flansche 46 und 47 sich in Kontakt mit den Seiten 56 des Riemens 22 zum Antrieb des Riemenrades 37 befinden.

Der Riemen 22 kann irgendein geeigneter Antriebsriemen bekannter Art sein und besteht beispielsweise aus einem poly-meren Kunststoffmaterial, so dass der Riemen wesentlich billiger ist als übliche Fahrradketten.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel des Fahrradantriebes 21 hat der Nabenabschnitt 42 des treibenden Riemenrades 34 einen äusseren Durchmesser, der grösser ist als der äussere Durchmesser des Nabenabschnittes 45 des angetriebenen Riemenrades 37. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, d.h. die verzahnten Nabenabschnitte der Riemenräder können ein umgekehrtes Verhältnis ihrer Durchmesser haben oder gleiche Durchmesser aufweisen.

Die Fig. 5 und 6 zeigen andere Ausführungsbeispiele des Fahrradantriebes, die ähnlich den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen sind, so dass die gleichen Bezugsziffern, ergänzt durch jeweils einen Buchstaben, für sich entspre-5 chende Teile verwendet wurden.

Der Fahrradantrieb 21A unterscheidet sich von dem Antrieb 21 im wesentlichen dadurch, dass er einen axial fixierten Seitenflansch 47, einen nicht dargestellten axial beweglichen Seitenflansch 46A und eine auf Geschwindigkeit ansprechende io Einrichtung 50A hat, die alle durch das antreibende Riemenrad 34A betätigt werden, anstatt durch das angetriebene Riemenrad 37A, Die anderen Teile des Antriebes sind auf gleiche Weise ausgeführt wie beim zuvor beschriebenen Beispiel. Die Zähne 53A des angetriebenen Riemenrades 37A 15 werden durch die Zähne 51A des Riemens 22A bei allen Geschwindigkeiten angetrieben. Die Zähne 52A des Nabenabschnittes 42A des antreibenden Riemenrades 34A werden jedoch nur beim Anfahren durch die Zähne 51A des Riemens angetrieben. Sobald das antreibende Riemenrad 34A seine Drehgeschwindigkeit steigert, werden die Seitenflansche dieses Riemenrades durch die einander gegenüberliegenden, antreibenden Flächen 56A des Riemens 22A angetrieben. Zum leichteren Verständnis sind die feststehenden Seitenflansche des Riemenrades 37A mit 43A bezeichnet.

Der wesentlichste Unterschied zwischen dem Antrieb 51B nach Fig. 6 zu dem Antrieb 21A nach Fig. 5 besteht darin, dass anstatt eines axial beweglichen Flansches 46B an dem antreibenden Riemenrad 34B beide Flansche 46B und 47B axial beweglich sind, wobei jeder durch eine zugehörige Ein-30 richtung 50B in ähnlicher Weise betätigt wird, wie es beim Antrieb 21 durch die Einrichtung 50 der Fall ist.

Anstatt nur einem beweglichen Flansch 46 an dem angetriebenen Riemenrad 37 können dort auch zwei bewegliche Flansche vorgesehen sein, ähnlich wie die Flansche des An-35 triebes 21B nach Fig. 6.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Riemenantrieb für ein Fahrrad, gekennzeichnet durch ein antreibendes Riemenrad (34, 34A, 34B) mit einem verzahnten Nabenteil (42) und einem Paar einander gegenüberliegender Seitenflansche (43, 46A, 47A; 46B, 47B), ein angetriebenes Riemenrad (37, 37A, 37B), das für eine gemeinsame Umdrehung mit einem Laufrad des Fahrrades mit diesem verbunden ist und einen verzahnten Nabenteil (45) sowie ein Paar einander gegenüberliegender Seitenflansche (46, 47; 43A, 43B) aufweist, wobei mindestens einer der Seitenflansche (46, 46 A,46B, 47B) eines der Riemenräder (37, 34A, 34B) axial beweglich relativ zu dem anderen ist, eine geschwindigkeitsgesteuerte Einrichtung (50) zur Bewegung dieses einen Flansches (46, 46A; 46B, 47B) in Abhängigkeit von dessen Drehgeschwindigkeit, und einem verzahnten endlosen Antriebsriemen (22) mit einander gegenüberliegenden Antriebsflächen (56) für den treibenden Kontakt mit den Seitenflanschen (43, 46, 47) mit Zähnen (51) für den Eingriff und den Antrieb dieser verzahnten Nabenteile (42, 45) der Riemenräder, wobei die Zähne unmittelbar nach Anfahren des Fahrrades in die verzahnten Nabenteile eingreifen, so dass eine schlupffreie Antriebsverbindung zwischen dem antreibenden und dem angetriebenen Riemenrad vorhanden ist, wobei die geschwindigkeitsgesteuerte Einrichtung (50) den mindestens einen beweglichen Flansch (46, 46A, 46B, 47B) aufgrund eines Anstieges der Drehgeschwindigkeit des einen Riemenrades (37, 34A, 34B) in axialer Richtung bewegt, so dass der Riemen sich an dem Riemenrad radial nach aussen bewegt und die einander gegenüberliegenden Antriebsflächen (56) in Antriebskontakt mit den Flanschen (46, 46A, 46B; 47, 47A, 47B) dieses einen Riemenrades (37, 34A, 34B) stehen, um das Übersetzungsverhältnis zwischen dem antreibenden Riemenrad und dem angetriebenen Riemenrad in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Fahrrades zu verändern.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Seitenflansche (43, 43A, 43B; 46, 46A, 46B; 47, 47A, 47B) der Riemenräder (34, 34A, 34B; 37, 37A, 37B) symmetrisch angeordnet sind.
3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem axial beweglichen Flansch (46) ein Steuergehäuse (75) befestigt ist und dass in dem Gehäuse angeordnete Mittel vorgesehen sind, die den axial beweglichen Flansch bei Anstieg seiner Drehgeschwindigkeit in Richtung zu dem anderen Flansch bewegen.
4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass die in dem Gehäuse (75) angeordneten Mittel aus einer endlosen ringförmigen Schraubenfeder bestehen.
5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der axial bewegliche Flansch (46) an dem angetriebenen Riemenrad (37) vorgesehen ist.
6. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der axial bewegliche Flansch (46A, 46B, 47B) an dem antreibenden Riemenrad (34A, 34B) vorgesehen ist.
7. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (80) zur Steuerung der Riemenspannung.
8. Antrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

dass die Steuereinrichtung (80) für die Riemenspannung ein Basisteil (81), ein Paar von Armen (83), deren innerer Endabschnitt schwenkbar an dem Basisteil (81) befestigt ist, jeweils eine am äusseren Endabschnitt der Arme drehbar angebrachte Riemenrolle (84) und Mittel (86) zum nachgiebigen Drücken der Arme gegeneinander aufweist, so dass die Riemenrolle (84) gegen den Riemen (22) während dessen Bewegung drückt und die Riemenspannung bei allen Geschwindigkeiten gesteuert wird.
9. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebigen Andruckmittel (86) eine Feder aufweisen.
10. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nabenteil (42) des treibenden Riemenrades (34)

einen Aussendurchmesser hat, der grösser ist als der Aussen-durchmesser des Nabenteiles (45) des angetriebenen Riemenrades (37).
11. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen (22) zu einem wesentlichen Teil aus einem polymeren Kunststoffmaterial besteht.
12. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (52, 53) jedes verzahnten Nabenteiles (42, 45) einen Teilungsabstand haben, der dem Teilungsabstand der Zähne (51) des verzahnten Riemens (22) entspricht.
13. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die geschwindigkeitsgesteuerte Einrichtung (50) durch Zentrifugalkraft betätigt wird.
14. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass beide Flansche (46B, 47B) des einen Riemenrades (34B) in axialer Richtung relativ zueinander beweglich sind und beide Flansche (46B, 47B) mit geschwindigkeitsgesteuerten Einrichtungen (50B) für die Bewegung der zugehörigen Flansche in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit versehen sind, wobei diese Einrichtungen (50B) zusammenwirken, um die Position der Flansche (46B, 47B) dieses Riemenrades (34B) zu bestimmen.
15. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verzahnte Nabenteil (45, 42A, 42B) des einen Riemenrades (37, 34A, 34B) ein Teil von einem der Flansche (46, 46A, 46B; 47, 47A, 47B) dieses einen Riemenrades ist

Für Fahrräder wurden bereits Riemenantriebe vorgeschlagen. Diese Riemenantriebe wurden jedoch in keinem wesentlichen Umfang hergestellt, und sie sind unzureichend, wenn beim Anfahren des Fahrrades eine feste Antriebsverbindung und anschliessend eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen einem antreibenden Rad und einem angetriebenen Rad als Funktion der Fahrgeschwindigkeit erwünscht sind.