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Selbsttätige Fliehkraftkupplung, insbesondere für Fahrradmotoren Die
Erfindung bezieht sich auf eine selbsttätige Kupplung mit Fliehgewichten, die von
einer Scheibe getragen werden, die mit dem Hinterrad des Fahrrades, das angetrieben
werden soll, in Verbindung steht, wobei weiterhin eine Kupplungstrommel vorgesehen
ist, die direkt vom Motor angetrieben wird. Die Betätigung der Kupplung soll dabei
von einer geringen, die Schwerkraft der Fliehgewichte bei horizontaler Lage der
Kupplungsachse nur unwesentlich überschreitenden Fliehkraft erfolgen. Der ausgekuppelte
Motor kann eine höhere Drehzahl beibehalten als sie bei eingeschalteter Kupplung
möglich wäre.
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Bei Fahrradmotoren ist die Leerlaufdrehzahl höher als die kleinste
Drehzahl, die der Fahrgeschwindigkeit an einer Steigung entspricht. Die vom Hinterrad
betätigte Kupplung hat weiterhin alle Vorteile einer selbsttätigen Kupplung und
gestattet dem ausgekuppelten Motor, mit einer beliebigen Drehzahl weiterzulaufen,
ohne daß dabei eine falsche Bedienung möglich wäre oder der Motor abgewürgt werden
kann. Auf der anderen Seite wird der Motor wieder mit dem Rad verbunden, sobald
das Fahrzeug eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht.
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Das Eingreifen der Kupplung muß etwa zwischen 5 bis 8 Stundenkilometern
erfolgen, d. h. bei der Geschwindigkeit eines Fußgängers, so daß die Bedienung bei
ausgeküppeltem Motor im Gehen möglich ist, und das Auskuppeln darf nicht dann erfolgen,
wenn die Drehzahl des Motors bereits zu stark abgefallen ist.
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Schließlich ist bei dieser Art des Fahrzeugantriebes zu beachten,
daß im Hinblick auf die durch das Getriebe gegebene Untersetzung beim Anfahren nur
eine sehr geringe Fliehkraft auftritt. Dabei ist ein ziemlich starker Anfahrwiderstand
zu überwinden. Andererseits wird die Fliehkraft bei zu hoher Geschwindigkeit gefährlich,
so daß die Einrichtung zerstört werden kann.
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Fliehkraftkupplungen, die die aufgezeigte Aufgabe zu lösen versuchen,
sind schon bekanntgeworden. So zeigt eine derartige Fliehkraftkupplung doppelarmige
Hebel, auf deren lange Hebelarme, die mit verhältnismäßig viel Masse versehen sind,
eine, Fliehkraft einwirkt. Unter Einfluß dieser Fliehkraft drückt der kurze Hebelarm
eine Bandfeder gegen die Innenwand eines mitzunehmenden Hohlzylinders. Diese Bandfeder
wirkt gleichzeitig als Rückstellmittel. Nach anderen Vorschlägen sind Scheiben vorgesehen,
die Fliehgewichte tragen, wobei diese Scheiben, jedoch auf einer besonderen Welle
aufgekeilt sind.
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Demgegenüber ist das Hauptmerkmal der Fliehkraftkupplung nach der
Erfindung darin zu sehen, däß an jedem Fliehgewicht in der Nähe seiner Schwenkachse
in an sich bekannter Weise ein mit Reibbelag versehener Backen so angelenkt ist,
daß der Anschlag des Fliehgewichtes untersetzt wird und das Fliehgewicht schon bei
einer geringen Drehzahl der mit dem Hinterrad verbundenen Scheibe den Backen an
die Kupplungstrommel zum Anliegen bringt.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß zwischen jedem Fliehgewicht und dem
dazugehörigen Backen eine durch eine Stange geführte und zwischen Scheiben eingespannte
Druckfeder eingeschaltet, die erst dann wirksam wird, wenn sich der Backen bereits
an die Kupplungstrommel angelegt hat.
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Der Backen ist dabei an seinem anderen Ende an einem Bolzen, der mit
dem Hinterrad verbundenen Scheibe schwenkbar befestigt. Auf der Innenseite jedes
Backens ist ein Anschlag für das zugehörige Fliehgewicht vorgesehen, der sich auf
einer radialen, durch den Schwerpunkt des Fliehgewichtes gelegten Linie befindet.
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Die Backen und somit auch die Anschläge für die Fliehgeweichte befinden
sich auf der mit dem Hinterrad verbundenen Scheibe, die weiterhin auf der Motorwelle
gelagert ist, die ihrerseits an ihrem freien Ende die Kupplungstrommel trägt. Die
Kupplungstrommel kann, vortenlhafterweise die gesamte Kupplung umschließen. Schließlich
werden die Fliehgewichte bis zur Schrittgeschwindigkeit - des Fahrzeuges durch
Federn
zurückgehalten und schwenken, erst aus, sobald die Geschwindigkeit des Fahrzeuges
diesen Wert übersteigt.
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Der Zweck der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Fliehkraftkupplung
liegt vor allem darin, die Bewegung der Zentrifugalmassen einstellbar zu machen
und zu begrenzen, was mit den schon bekannten Kupplungen nicht möglich ist. Damit
wird verhindert, daß bei voller Drehzahl des Motors durch die dabei auftretenden
hohen Zentrifugalkräfte Zerstörungen in der Kupplung auftreten können. Bis zu einer
gewissen Höchstgeschwindigkeit wirkt die Kraft der nach außen gezogenen Zentrifugalmassen
und drückt die Kupplungsbacken mit ihren Belägen an die umlaufende Kupplungstrommel.
Bei Überschreiten dieser Drehzahl wird dagegen dieWeiterbewegung der Zentrifugalmassen
durch die auf der Innenseite der Kupplungsbacken aufgesetzten Anschläge begrenzt
und so die die Kupplungsbacken an die umlaufende Kupplungstrommel pressende Kraft
im wesentlichen nur noch von den dafür vorgesehenen Federn geliefert. Beim Anfahren
des Fahrzeuges wirkt also die Fliehkraftkupplung, bei voller Geschwindigkeit wirkt
nur noch die Kupplungskraft der Feder. Dabei ist noch von besonderer Bedeutung,
daß die die Fliehgewichte tragende Scheibe von der Antriebswelle des Motors durchsetzt
wird und sich um diese dreht. Die axiale Ausdehnung der Anordnung wird auf ein Minimum
beschränkt, was sehr wichtig ist, weil dadurch der gegenseitige Abstand der Pedale
festgelegt ist. Die Kupplungstrommel, die die eigentliche Kupplung umschließt und
schützt, verhindert damit irgendeine Berührung derselben, die mit Gefahr verbunden
sein könnte.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung
eines Ausführungsbeispiels erläutert, wobei im einzelnen in der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen axialen Längsschnitt, Fig. 2 einen Querschnitt, der die Bauteile zum
Teil in ausgekuppelter Stellung (unterer Teil der Zeichnung) und zum Teil in eingekuppelter
Stellung (oberer Teil der Zeichung) darstellt; Fig. 3 ist eine Teilansicht im Querschnitt,
die der Fig. 2 entspricht. Sie zeigt die Stellung der Bauteile bei großer Umlaufgeschwindigkeit;
Fig. 4 zeigt schematisch und in kleinerem Maßstab einen in ein Fahrrad eingebauten
Fahrradmotor, der mit der selbsttätigen Fliehkraftkupplung ausgerüstet ist.
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Bei der Kupplung sind zwei symmetrische Backen 6 sowie der gesamte
umlaufende Mechanismus im Innern der widerstandsfähigen Kupplungstrommel 1 angeordnet.
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Beim stehenden Fahrzeug ist die Scheibe 2, die in Antriebsverbindung
mit dem Hinterrad steht, in Ruhe. Die Fliehgewichte 3, die auf den an der Scheibe
2 befestigten Achsen 4 schwenkbar angeordnet sind, werden durch die Federn 5 in
der zurückgezogenen Stellung gehalten. (unterer Teil von Fig. 2) ebenso wie die
Backen 6, die an den Fliehgewichten, 3 angelenkt sind und die Reibungsbeläge, 8
tragen. Die Kupplungstrommel 1 ist also frei drehbar, und der mit ihr verbundene
Motor ist nicht eingekuppelt.
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Sobald das Fahrzeug und damit die Scheibe 2 eine bestimmte Geschwindigkeit
erreicht haben, übersteigen die Fliehkräfte, die sich auf die Fliehgewichte 3 auswirken,
den Zug der Federn 5. Die Fliehgewichte gehen auseinander (oberer Teil von Fig.
2), und ihre Bewegung wird auf die Reibbeläge 8 übertragen mit einer durch das Verhältnis
der Hebelarme gegebenen Verstärkung, das von der Lage der Zwischenachsen 4 bis 7
abhängt. Dadurch wird die Anlagekraft der Backen 6 gegen die Kupplungstrommel 1
sehr groß bei einem nur geringen Ausschlag der Fliehgewichte 3. Auf diese Weise
wird eine sehr wirksame Einkupplung auch bei geringer Geschwindigkeit des Fahrzeuges
erreicht.
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Die im oberen Teil der Fig. 2 gezeigte Stellung der Bauteile entspricht
einer geringen Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Wenn der Fahrer Gas gibt, könnten
durch die hohe Umlaufgeschwindigkeit der Kupplung zerstörende Kräfte entstehen.
Um das zu verhindern, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung der Zapfen
7 der Backen 6 nicht unmittelbar an den Flieh gewichten 3 angebracht. An jedem Fliehgewicht
3 ist ein Gelenk 9 angeordnet, das von der frei beweglichen Stange 10 durchdrungen
ist, die ebenfalls an einem zweiten, zum Zapfen 7 gehörenden Gelenk befestigt ist.
Eine starke Druckfeder 11 ist zwischen zwei Scheiben 12 und 13 eingespannt, die
auf der Stange 10 angeordnet sind. Die Spannung der Druckfeder 11 ist mit Hilfe
der Muttern 14 einstellbar. In der Ruhestellung (Fig. 2) halten die beiden Druckfedern
11 den größten Abstand zwischen den Achsen 7 und 9 aufrecht.
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Wenn die Fliehkraft, die auf die Fliehgewichte 3 einwirkt, so stark
wird, daß sie die Spannung der Druckfedern 11 bei einer gegebenen Geschwindigkeit
übersteigt, dann werden diese zusammengepreßt (Fig. 3), und die Fliehgewichte 3
kommen mit den an der Innenseite der Backen 6 vorgesehenen radialen Anschlägen 15
in Berührung. Die Achsen und Hebel der Kupplung liegen dann nur noch unter der Spannung
der Druckfedern 11, unabhängig von der Höhe der Umlaufgeschwindigkeit, da die Fliehgewichte
3 unmittelbar an der Kupplungstrommel 1 anliegen, und zwar über die Backen 6. Dies
hebt die gesamte Wirkung der Übersetzung durch die Hebelarme auf. Die Spannung der
Druckfedern 11 ist so gewählt, daß durch sie allein die Einkupplung gesichert ist.
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Die beschriebene und dargestellte Kupplung ist zwar eine Backenkupplung.
Der Erfindungsgedanke ist jedoch auch bei Kupplungen anderer Art, beispielsweise
Scheibenkupplungen, anwendbar. Ferner können die angelenkten Fliehgewichte, auf
die die Zentrifugalkräfte wirken, durch Kugeln oder durch irgendeine andere bekannte
Art ersetzt werden. Die vorstehend beschriebene Kupplung enthält eine Verstärkung
der Kraft durch Hebelarme. Sie kann auch durch eine andere Wahl der Stellung der
Backen 6 zu den Fliehgewichten 3 oder durch jede beliebige andere Anordnung, beispielsweise
durch Nocken, erreicht werden.
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Ebenso könnten die vorgespannten Bauteile, die im Ausführungsbeispiel
die Druckfedern, 11 sind, von jeder beliebigen anderen Art sein, beispielsweise
Blattfedern, Gummiblöcke, Drehfederstäbe u. dgl.
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Der Anschlag 15 für das Fliehgewicht 3 ist auf dem Backen 6 vorgesehen
und radial zum Schwerpunkt des Fliehgewichtes angeordnet, und zwar auf der Innenseite,
des Backens 6. Dies hat den Vorteil, daß die Backen 6 nicht mit der übersetzten
Fliehkraft, sondern nur mit der Vorspannung der Druckfedern 11 bei hohen Drehzahlen
belastet werden. Die Kräfte werden auf diese Weise symmetrisch auf die Kupplungstrommel
1 übertragen. Die Kupplung dreht sich zusammen. mit den zusammengepreßten Druckfedern
11 ohne irgendeine innere Bewegung.
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An Stelle dieser Anordnung könnte auch ein fester Anschlag unmittelbar
auf der sich drehenden Scheibz2 oder auf einem anderen mit ihr verbundenen Teil
vorgesehen
sein. Ferner kann die Anzahl der Fliehkraftteile höher
als zwei sein.
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Die beschriebene Kupplung ist nicht nur bei Fahrradmotoren anwendbar.
Sie ist vielmehr auch nach entsprechenden Abwandlungen für viele andere Anwendungsgebiete
brauchbar, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen würde.