DD284450A5 - Feinstufig stellbarer fahrantrieb mit drehmomentabhaengiger betaetigung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beinhaltet einen feinstufig stellbaren Fahrantrieb mit drehmomentabhaengiger Betaetigung. Sie betrifft einen aus zugmittelumschlungenen Kegelscheibenpaaren bestehenden Fahrantrieb, insbesondere fuer muskelgetriebene Fahrzeuge. UEbertragungselemente haben ueber Zylinderrollen formschluessigen Kontakt mit den paarweise gegenueberliegenden radialen Fuehrungsbahnen der Kegelscheiben. Die Kegelscheiben der treibenden Welle sitzen ueber Gewinde drehbar und somit axial gegensinnig verstellbar auf Huelsen, die fest mit der Welle verbunden sind und einen Auszenbund aufweisen, an dem sich eine an der Nabe der Kegelscheibe anliegende Druckfeder abstuetzt. Zwischen den Kegelscheiben befindet sich ein Mitnehmerring, dessen beidseits ueberstehenden Mitnehmerstifte in Loecher der Kegelscheiben ragen und dessen gerillter Innenumfang ueber Kugeln blockierbar ist, die in Querbohrungen der Welle sitzen und sich durch einen Zwischenraum der Huelsen hindurch erstrecken. Gelangen die Kugeln in die Umfangsnut eines manuell verschiebbar in der Welle angeordneten Verriegelungsstiftes, dann koennen sich die Kegelscheiben unter analoger Einbeziehung der getriebenen Seite entsprechend den wirkenden Kraeften, d. h. drehmomentabhaengig auf eine passende UEbersetzung einstellen. Dieser Vorgang wird durch Verschieben des Verriegelungsstiftes beendet. Fig. 2{Fahrantrieb, feinstufig; Kegelscheibenpaare, zugmittelumschlungen; Fuehrungsbahnen, radial; UEbertragungselemente; Zylinderrollen, formschluessig; Verriegelungsstift, manuell; UEbersetzung, drehmomentabhaengig}

Description

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Titel der Erfindung:

Feinstufig stellbarer Fahrantrieb mit drehmomentabhängiger Betätigung

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung ist insbesondere zur Anwendung bei Antrieben muskelgetriebener Fahrzeuge vorgesehen, eignet sich aber auch für andersgeartete Kraftübertragungen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik: Moderne PIV-Getriebe mit hohem Wirkungsgrad und absoluter Schlupffreiheit arbeiten mit Stahl-Lamellenketten, die in verzahnte Kegelscheiben wechselseitig eingreifen. Diese Ketten haben ein hohes Gewicht und erfordern eine gekapselte Bauweise. Aus diesem Grunde haben sich derartige Getriebe nicht für den Einsatz in muskelgetriebenen Fahrzeugen durchgesetzt. Als Alternative zu den bei muskelgetriebenen Fahrzeugen allgemein gebräuchlichen Kettentrieben mit Zahnrad-, Haben- bzw. Tretlagerschaltung ist ein verstellbares Umschlingungsgetriebe vorgeschlagen worden, das aus zwei Kegelscheibenpaaren besteht, von denen jeweils wenigstens eine Kegelscheibe axial verschiebbar ist (DE-OS 28 28 524)· Die geneigten, einander zugewandten Kegelflächen weisen strahlenförmige, d. h. radial ausgerichtete Schwalbenschwanznuten auf, in denen die Enden achsparalleler Tragstäbe formschlüssig geführt sind. Die Außenflächen der Tragstäbe befinden sich im Kontakt mit einem Flachriemen. Der übersetzungsbestimmende Durchmesser der genannten Außenflächen richtet sich nach dem veränderbaren Abstand der Kegelscheiben. Für die Tragstäbe wird ein Material vorgeschlagen, das gute Gleiteigenschaften aufweist. Trotzdem läßt sich erfahrungsgemäß kaum ausschließen, daß bei der Vielzahl der insgesamt zu realisierenden Führungen der eine oder andere Tragstab bereits bei einer minimalen Abweichung von seiner achsparallelen Lage in der Schwalbenschwanznut verkantet und so eine Funktionsstörung verursacht, da in diesem Fall der axiale Abstand des betroffenen Kegelscheibenpaares blockiert und somit eine Veränderung des Übersetzungsverhältnisses un-

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möglich ist. V/eiterhin nachteilig bei dieser Lösung ist, daß die als Zugmittel eingesetzten Flachriemen zur Vermeidung von Schlupf eine hohe Anpreßkraft benötigen und dadurch einen schlechten Y/irkungsgrad hervorrufen. Herkömmliehe Kettenschaltungen haben die Eigenschaft, daß sie zwar ein schlupffreies Antreiben bei hohem V/irkungsgrad erlauben, für die Schaffung einer hohen Belastungsharmonie der Radfahrer jedoch eine zunehmende Anzahl von Zahnkränzen und damit einen höheren Kompliziertheitsgrad erfordern. Herkömmliche Schaltungen haben weiterhin den ITachteil, daß eine selbsttätige Anpassung an ein optimales Drehmoment für den Nutzer nicht erfolgt.

Ziel der Erfindung:

Durch die Erfindung sollen die aufgezeigten Hängel beseitigt und ein unkompliziertes, eine hohe Belastungsharmonie des Nutzers ermöglichendes Umschlingungsgetriebe geschaffen werden.

Darlegung des üesens der Erfindung:

Aufgabe der Erfindung ist es, einen drehmomentabhängig feinstufig stellbaren, schlupf- und energieverlustfreien Fahrantrieb zu schaffen, obwohl dazu neben der leichten Stellbarkeit paradoxerweise gleichzeitig eine Teilungskonstanz des Zugmittels und eine stufenlose Durcbmesservariabilität der Antriebsräderpaare realisiert werden müssen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in der Verwendung von jeweils auf einer treibenden und einer getriebenen Welle gepaarten Kegelscheiben, deren geneigte Innenflächen radiale Führungsbahnen mit parallelen Seiten-. flächen aufweisen, wobei jedem gegenüberliegenden Paar Führungsbahnen ein mit dem Zugmittel des Fahrantriebes

zusammenwirkendes Übertragungselement zugeordnet ist, das einen tunnelartigen Querschlitz für zwei vorzugsweise spielarm umfaßte, sich am Umfang berührende, mit ihrem aus dem Querschlitz herausragenden Teil in die zugehörige Führungsbahn eingreifende Zylinderrollen besitzt.

Jedes Übertragungselement verfügt über eine Befestigungsmöglichkeit für Zugfedern, die eine zur V/elle hin orientierende Wirkung vor allem für die Übertragungselemente ausüben, die sich nicht mit dem Zugmittel in Kontakt befinden. Die zur treibenden Welle gehörenden Kegelscheiben besitzen ein gegenläufiges Innengewinde für eine Montage auf entsprechend gestalteten Hülsen, die fest mit der V/elle verbunden sind, jeweils einen peripheren Außenbund zur Anlage einer andererseits an der Kegelscheibe abgestützten Druckfeder und einen Zwischenraum zueinander auf v/eisen, in den gleichmäßige Querbohrungen der treibenden Welle einmünden. In diesen Querbohrungen sitzen Kugeln, die sich durch den genannten Zwischenraum bis zu dem gerillten Innenumfang eines Llitnehmerringes erstrecken und deren Position beeinflußbar ist durch einen in einer Längsbohrung der treibenden Welle zwischen einer blockierenden bzw. dank einer Umfangsnut entlastenden Stellung manuell verschiebbaren Verriegelungsstift. Der besagte Mitnehmerring ist zwischen -den Haben der Kegelscheiben angeordnet und besitzt beidseits überstehende Mitnehmerstifte, die in Löcher der Kegelscheiben ragen und deren Länge dem axialen "Verstellbereich der Kegelscheiben angepaßt ist. Das undrehbar, aber axial verschiebbar auf der getriebenen Y/elle sitzende Kegelscheibenpaar entspricht bezüglich der geneigten Innenflächen mit den radialen Führungsbahnen und den Übertragungselementen der treibenden Seite« Die Kegelscheiben werden durch Druckfedern, die sich an fest mit der getriebenen Welle verbundenen Anschlagringen abstützen, gegeneinander gepreßt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die der Kraftübertragung zwischen Führungsbahn und Übertragungselement dienenden Zylinderrollen Bohrungen für Lagerbolzen aufweisen, die im Übertragungselement sitzen. Anstelle der Zylinderrollen ist die Verwendung von Wälzlagern denkbar.

Zur Erhöhung des übertragbaren Drehmoments wird die Innenseite des Zugmittels.bzvi· der mit ihr zusammenwirkende Teil des tibertragungselementes mit einer haftungsverstärkenden bzw. mikroformschlüssigen Oberfläche versehen.

Zur seitlichen Führung des Zugmittels kann das übertragungselement beidseits mit einem entsprechenden Rand ausgestattet sein.

Wird während der Benutzung dieses Fahrantriebes der Verriegelungsstift manuell so verschoben, daß seine Umfangsnut in die Ebene der Querbohrungen der treibenden Welle gelangt, dann haben die Kugeln, die vorher verdreharretierend in den gerillten Innenumfang des formschlüssig mit den Kegelscheiben verbundenen Llitnehmerringes eingriffen, eine Ausweichmöglichkeit, iiunmehr können sich die Kegelscheiben (ungehindert vom Mitnehmerring) entsprechend dem wirkenden Antriebsmoment dadurch auf die passende Übersetzung einstellen, daß sie sich bei gleichzeitiger gegensinniger Verdrehung auf dem Hülsengewinde auch in axialer Richtung bewegen, und zwar zur Verkleinerung des wirksamen Durchmessers der Übertragungselemente auseinander (gegen die Kraft der Druckfedern) bzw. zur Vergrößerung des v/irksamen Durchmessers zueinander (mit Unterstützung der Druckfedern). Bei diesem Vorgang bewegen sich die Zylinderrollen der Übertragungselemente in den Führungsbahnen, ohne daß Funktionsstörungen infolge Verkantens, Schwergängigkeit o. ä. zu befürchten sind. Auf der getriebenen Seite erfahren die Kegelscheiben eine jeweils entgegengesetzte axiale Verstellung und damit Durchmesserveränderung, und zwar in Abhängigkeit von den durch das Zugmittel übertragenen Kräften einerseits und der Gegenwirkung der seitlichen Druckfedern andererseits. Hat sich die gewünschte Übersetzung eingestellt, wird der Verriegelungsstift in seine frühere, blockierende Stellung bewegt und damit jegliche axiale Verstellung der Kegelscheiben der treibenden Y/elle unterbunden. Durch eine über die Zahl der Kugeln hinausgehende Anzahl von Vertiefungen im gerillten Innenumfang des Mitnehmerringes kann eine Feinstufigkeit erreicht v/erden, die infolge der geringen Auswirkung jeder Stufe (von einer

Vertiefung zur nächsten) auf den axialen Verstellweg der Kegelscheiben eine quasi stufenlose Übersetzungsänderung zur Folge hat.

Ausführungsbeispiel:

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 den erfindungsgemäßen Fahrantrieb in einer Seitenansicht,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die treibende und

Fig. 3 einen Halb-Querschnitt durch die

getriebene Seite des Fahrantriebes.

Gemäß Fig. 1 sitzen sowohl auf der treibenden Welle 1 als auch auf der getriebenen Welle 2 je zwei Kegelscheiben 3» wobei ihre einander zugewandten konischen Innenflächen radiale Führungsbahnen 4 aufweisen, deren sich gegenüberliegenden Seitenflächen 5 parallel verlaufen. Zwischen den paarweisen Kegelscheiben 3 befindet sich im Bereich jeweils eines Paares Führungsbahnen 4 ein Übertragungselement 6, dessen Aufbau anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben wird. Alle Umfangsflachen der Übertragungselemente 6, die durch Zugfedern 7 miteinander verbunden und dadurch gegen unerwünschtes V/andern nach außen gesichert sind, dienen der drehmomentübertragenden Auflage eines beide Kegelscheibenpaare umschlingenden Zugmittels 8 und sind mit haftungsverstärkenden bzw. mikroformschlüssigen Oberflächen 26; 27 versehen. Jedes Übertragungselement б besitzt, wie die Fig. 2 und 3 erkennen lassen, einen tunnelartigen Querschlitz 9, in dem zwei sich am Umfang berührende Zylinderrollen 10 weitgehend spielfrei geführt werden. Der auf jeder Seite aus dem Übertragungselement 6 herausragende Teil jeder Zylinderrolle 10 greift in die zugehörige Führungsbahn 4 ein und rollt im Funktionsfall in ihr ab. Zur besseren Führung des Zugmittels 8 besitzt jedes Übertragungselement б beidseits der mit dem Zugmittel kontaktierenden Fläche einen Rand 11.

Nach. Pig. 2 sind undrehbar und unverschiebbar auf der treibenden Welle 1 zwei Hülsen 12 befestigt, die einen bestimmten Abstand zur Symmetrieachse 13 des Kegelscheibenpaares und am freien Ende je einen Außenbund 14 für die Anlage einer Druckfeder 15 aufweisen. Jede Druckfeder 15 stützt sich an einer Kegelscheibe 3 ab. Jede Hülse 12 ist über ein Außengewinde mit ihrer ein entsprechendes Innengewinde besitzenden Kegelscheibe 3 verbunden, wobei durch die Verwendung von Rechts- bzw. Linksgewinde erreicht wird, daß zum Zwecke der Übersetzungsänderung die Kegelscheiben 3 entweder gleichzeitig von der Symmetrieachse 13 weg oder zu ihr hin bewegt werden können. Diese axiale Bewegung der Kegelscheiben 3 hat eine entsprechende Radialbewegung der Übertragungslemente б zur Folge, und zwar so lange, bis das eingeleitete Drehmoment und die durch, die Druckfedern 15 erzeugten Rückstellmomente einen Gleichgewichtszustand ergeben bzw. bis dieser Vorgang durch einen manuellen Eingriff beendet wird. Dazu besitzt die treibende Y/elle 1 im Bereich der Symmetrieachse Querbohrungen, in denen Kugeln 16 geführt sind, die gleichzeitig noch in den Freiraum zwischen den Hülsen 12 ragen und mit dem gerillten Innenumfang eines¹ tlitnehmerringes 17 zusammenwirken. In letzterem sind Mitnehmerstifte 18 befestigt, die auch dann noch durch entsprechende Löcher 19 in beiden Kegelscheiben 3 ragen, wenn diese maximal von der Symmetrieachse 13 entfernt sind. Eine Längsbohrung 20, die über die erwähnten Querbohrungen für die Kugeln 16 hinausreicht, nimmt einen Verriegelungsstift 21 auf, der gegen die Kraft einer Feder 22 in nicht näher beschriebener V/ei-³e manuell verschiebbar ist und eine Umfangsnut 23 besitzt, deren Radius dem der Kugeln 16 entspricht. In der dargestellten Position bewirkt der Verriegelungsstift 21, daß die Kugeln 16 nach außen, d. h. in die Innenvertiefungen des Mitnehmerringes 17 gedrückt werden, wodurch eine ReIativbewegung zwischen Kegelscheiben 3 und Hülsen 12 verhindert wird.

2В 4 4 5 O γ

Wird der Verriegelungsstift 21 gegen die Kraft der Feder 22 weiter in die Längsbohrung 20 geschoben, dann gelangt die ümfangsnut 23 in den Bereich der Querbohrungen, so daß die Kugeln 16 nach innen ausweichen können und nunmehr die drehmomentabhängige Verstellung der Kegelscheiben stattfinden kann bzw. - wenn keine Antriebskräfte eingeleitet werden - die Druckfedern 15 eine Verschiebung der Kegelscheiben 3 zur Symmetrieachse 13 hin bewirken. In diesem letztgenannten Pail stellt sich also automatisch der größtmögliche Durchmesser bei den Übertragungselementen 6 der treibenden Y/elle 1 ein, während der Durchmesser des anderen Kegelscheibenpaares sich entsprechend verkleinert.

Auf der in Pig. 3 gezeigten getriebenen Welle 2 sitzen die Kegelscheiben 3 zwar undrehbar, jedoch axial verschiebbar, wobei die axiale Verschiebung jeweils von einer Druckfeder 24 beeinflußt wird, die sich an einem außen auf der Welle befestigten Anschlagring 25 abstützt. Die Härte der Druckfedern 15 bzw. 24 ist entsprechend den unterschiedlichen Mechanismen bei der Axialverschiebung der Kegelscheibenpaare zu differenzieren. Auch die Kegelscheiben 3 der getriebenen '.Velle 2 unterliegen solange einer axialen Verschiebung, bis die durch, die Spannung des Zugmittels 8, d. h. durch das übertragene Drehmoment eingeleiteten Kräfte und die Reaktionskräfte der Druckfedern 24 im Gleichgewicht stehen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Peinstufig verstellbarer Palirantrieb mit drehmomentabhängiger Betätigung, bestehend aus zwei von einem Zugmittel umschlungenen Kegelscheibenpaaren unter Verwendung von achsparallelen Tragelementen, deren beide Enden in radial ausgerichteten Nuten der Kegelscheiben geführt sind und auf deren Außenflächen das Zugmittel aufliegt, gekennzeichnet dadurch, daß

- die geneigten Innenflächen der Kegelscheiben (3) radiale Pührungsbahnen (4) aufweisen, deren gegenüberliegende Seitenflächen (5) parallel verlaufen,

- jedem gegenüberliegenden Paar Pührungsbahnen (4) ein mit einem Zugmittel (S) zusammenwirkendes Übertragungselement (6) zugeordnet ist, das einen tunnelartigen Querschlitz (9) für zwei vorzugsweise spielarm umfaßte, sich am Umfang berührende, mit ihrem aus dem Querschlitz (9) herausragenden Teil in die zugehörige Führungsbahn (4) eingreifende Zylinderrollen (10) besitzt,

- jedes Übertragungselement (6) über eine Befestigungsmöglichkeit für Zugfedern (7) mit zur treibenden bzw. getriebenen Welle (1;2) hin orientierter 7/irkung verfügt,

- die zur treibenden V/elle (1) gehörenden Kegelscheiben (3) gegenläufiges Innengewinde für eine Montage auf entsprechend gestalteten Hülsen (12) besitzen, die fest mit der treibenden V/elle (1) verbunden sind, jeweils einen peripheren Außenbund (14) zur Anlage einer andererseits an der Kegelscheibe (3) abgestützten Druckfeder (15) und einen Zwischenraum zueinander aufweisen, in den gleichmäßige Querbohrungen in der treibenden V/elle (1) einmünden,

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- in den Querbohrungen Kugeln (16) sitzen, die sieb durch den genannten Zwischenraum bis zu dem gerillten Innenumfang eines Ilitnehnierringes(i7) erstrecken und deren Position durch, einen in einer Längsbohrung

(20) der treibenden Welle (1) zwischen einer blockierenden bzw. dank einer Umfangsnut (23) entlastenden Stellung manuell verschiebbaren Verriegelungsstift

(21) beeinflußbar ist,

- der Mitnehmerring (17) zwischen den Naben der Kegelscheiben (3) angeordnet ist und beidseits überstehende Mitnehmerstifte (18) besitzt, die in Löcher (19) der Kegelscheiben (3) ragen und deren Länge dem maximalen axialen Verstellbereich des Kegelscheibenpaares angepaßt ist,

- das undrehbar, aber axial verschiebbar auf der getriebenen V/elle (2) sitzende, in der Ausführung der geneigten Innenflächen und bezüglich der Übertragungselemente (6) der treibenden Seite entsprechende Paar Kegelscheiben (3) beidseits von fest mit der V/elle (2) verbundenen Anschlagringen (25) begrenzt wird, wobei jeweils zwischen einem Anschlagring (25) und einer Kegelscheibe (3) eine Druckfeder (24) angeordnet ist.

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2. Fahrantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß jede Zylinderrolle (10) eine Bohrung für einen im Übertragungselement (6) sitzenden Lagerbolzen aufweist.

3. Fahrantrieb nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß anstelle der Zylinderrollen (10) Wälzlager-Verwendung finden.

4. Fahrantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Innenseite des Zugmittels (8) bzw. der mit ihr korrespondierende Teil des Übertragungselementes (6) haftungsverstärkende bzw. mikroformschliissige Oberflächen (26; 27) besitzen.

5· Fahrantrieb nach. Anspruch 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß das Übertragungselement (6) beidseits der mit dem Zugmittel (8) zusammenwirkenden Fläche einen Rand (11) aufweist.

"Hierzu 1 Suit, Zeichnungen"