DE102010019045A1

DE102010019045A1 - Umschlingungsgetriebe

Info

Publication number: DE102010019045A1
Application number: DE201010019045
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-05-03
Filing date: 2010-05-03
Publication date: 2011-11-03

Abstract

Ein mittels spreizbarem Zahnrad realisiertes Umschlingungsgetriebe besteht aus einer rotierenden Platte 1 mit in gleichen Winkelabständen verteilten, in Schlitzen gleitend radial verstellbaren Zahnsegmenten 4, welche in ihrer Gesamtheit in jeweils gleichen radialen Positionen passende Zahnräder für ein formschlüssiges Zugmittel ergeben. Das Verstellen in verschiedene Gangstufen erfolgt über einen Schaltmechanismus welcher sich in einem Schaltgehäuse 40 auf der Rückseite der rotierenden Platte 1 befindet. Während die rotierende Platte 1 fest mit der Welle 2, Antrieb oder Abtrieb des Getriebes, verbunden ist, ist das Schaltgehäuse 40 über eine Lagerung auf der Welle 1 angebracht und steht wegen einer rahmenseitigen Abstützung der Befestigungspunkte 21 gegenüber der rotierenden Platte 1 still. Der rückwärtige Schaltmechanismus ist dadurch präzise gegenüber den auf der Rückseite von Platte 1 rotierenden Rastelementen der Zahnsegmente 4 definiert. Ein Schaltgeber 25, mechanisch oder elektrisch, bewegt den Schaltmechanismus innerhalb des Schaltgehäuses 40.

Description

Diese Erfindung zielt auf eine Verbesserung eines Umschlingungsgetriebes mittels spreizbarem Zahnrad, auch Variator genannt, wie z. B. in Patentschrift DE 101 15 377 C1 veröffentlicht.
Wie in DE 101 15 377 C1 dargestellt, besteht ein solcher Variator aus einer drehbar gelagerten Grundplatte mit radialen Schlitzen, in welchen radial positionierbare Zahnsegmente angeordnet sind, die, durch einen äußeren Schaltmechanismus auf gleiche radiale Positionen gebracht und gerastet, jeweils ein passendes Zahnrad für den umschlingenden Zahnriemen oder die Kette ergeben. Durch einen Schaltvorgang können die Zahnsegmente in eine andere radiale Position gebracht werden und damit das Übersetzungsverhältnis des Getriebes ändern.
Solche Getriebe eignen sich gut für den Einsatz am Fahrrad oder an leichten Elektrofahrzeugen, wobei besonders die eingeschränkten konstruktiven Möglichkeiten, welche ein Fahrradrahmen vorgibt, eine Realisierung erschweren. Da beim Schalten in den rotierenden Variator vom Rahmen her eingegriffen werden muss um die Zahnsegmente radial zu verschieben, bedarf es eines relativ großen, am Rahmen befestigten Schaltmechanismus der idealer Weise genau an der Stelle angeordnet sein müsste wo sich normalerweise die Kettenstrebe des Rahmens befindet, da die Verschiebung der Zahnsegmente lastfrei nur im umschlingungsfreien Bereich des Variators stattfinden kann. Die für den Fachmann naheliegende Lösung ist den rahmenfesten Schaltmechanismus in einem schrägen Winkel zur Kettenstrebe zu verdrehen. Dadurch wird jedoch der Umschlingungsbereich des Getriebes reduziert, was die Belastbarkeit einschränkt.
Zusammengefasst entstehen folgende Nachteile:

• Die Bauform ist für Anwendungen an Fahrrädern groß und schwer.
• Bedingt durch die Bauform, bei der die Zahnsegmente gleichzeitig den Rastmechanismus enthalten, ist das kleinstmögliche Zahnrad noch relativ groß. Dadurch erreicht man eine große Übersetzung nur durch ein sehr großes Zahnrad am Tretlager oder durch ein Zusatzgetriebe am Tretlager. Dies erhöht wiederum das Gewicht des gesamten Rads.
• Der am Rahmen angebrachte große Schaltmechanismus beeinträchtigt die Bodenfreiheit und stört die Ästhetik der Schaltung.
• Systembedingt kann bei dieser Bauform jeweils nur ein Gang pro Radumdrehung geschaltet werden. Ein Überschalten kann zu Beschädigung des Getriebes führen. Dies stört die Praxistauglichkeit.

Ziel dieser Erfindung ist es, vorhandene Nachteile der Bauform entsprechend Patent DE 101 15 377 C1 zu beseitigen um die Praxistauglichkeit des Schaltgetriebes bei Einsatz am Fahrrad oder anderen Anwendungen zu verbessern.
Durch die Verbesserungen sollen folgende Eigenschaften erreicht werden:

• Die gesamte Bauform der Schaltung wird kompakter und leichter.
• Die Realisierbarkeit eines kleineren Zahnrads vergrößert den Übersetzungsfaktor des gesamten Getriebes. Damit kann ein Zusatzgetriebe am Tretlager entfallen.
• Der gesamte Schaltmechanismus sitzt hinter dem spreizbaren Zahnrad und kollidiert damit nicht mit der Kettenstrebe.
• Die Ästhetik der Schaltung am Rad wird verbessert.
• Die Bodenfreiheit am Hinterrad wird verbessert da der Schaltmechanismus am Hinterrad nicht mehr schräg nach unten ragt.
• Es können mehrere Gänge auf einmal pro Radumdrehung geschaltet werden.
• Ein Überschalten, d. h. das Schalten von mehreren Gängen auf einmal, führt nicht zu einer Beschädigung der Schaltung.

Anhand der 1 bis 11 erfolgt eine Beschreibung der Erfindung.
1 zeigt den Hinterbau eines Fahrrads mit dem verbesserten spreizbaren Zahnrad, Spannervorrichtung des Zugmittels und Tretlagerzahnrad.
2 zeigt Einzelheiten des spreizbaren Zahnrads.
3 zeigt das spreizbare Zahnrad in seinem größten Umfang von vorne.
4 zeigt das spreizbare Zahnrad in seinem kleinsten Umfang von vorne.
5 zeigt das spreizbare Zahnrad von seiner Rückseite mit den Rastmechanismen der Zahnsegmente.
6 zeigt Einzelheiten eines Zahnsegment-Rastmechanismus.
7 zeigt den Rastmechanismus mit der zugehörigen Rastleiste.
8 zeigt den rahmenseitigen Schaltmechanismus in der inneren Position.
9 zeigt den rahmenseitigen Schaltmechanismus in der äußeren Position.
10 zeigt Einzelheiten des Schaltmechanismus.
11 zeigt eine Anordnung aus zwei Variatoren, die zu einem kompletten Umschlingungsgetriebe verbunden sind.
Ausführliche Beschreibung
In 1 wird die Anordnung des spreizbaren Zahnrads 31 beispielhaft an einem Fahrradhinterbau gezeigt. Zum Größenvergleich dient das Hinterrad 30. Das Zugmittel 32, z. B. eine Kette oder ein Zahnriemen, verbindet das Tretlagerzahnrad 34 mit dem spreizbaren Zahnrad 31 auf der Nabe des Hinterrads 30. Eine Spannervorrichtung 33 dient als Längenausgleich für verschiedene Umfänge des spreizbaren Zahnrads 31. Der Schaltgeber 35, mechanisch oder elektrisch, schaltet in die verschiedenen Gänge des spreizbaren Zahnrads 31.
Die Einzelheiten des spreizbaren Zahnrads 31 sind in 2 zu erkennen. Es besteht aus der auf der Achse 2 rotierend gelagerten Platte 1, welche in gleichen Winkelabständen radiale Schlitze 3 aufweist in denen radial verschiebbare Zahnsegmente 4 gleitend gelagert sind. Diese werden von Rastmechanismen 5, hier unsichtbar auf der Rückseite von Platte 1, in definierten, gleichen radialen Positionen gehalten um in ihrer Gesamtheit in jeder erlaubten Stellung ein zum Zugmittel passendes, polygonförmiges Zahnrad zu bilden. Zu sehen ist auch das Gehäuse der Schalteinheit 20 hinter Platte 1, welches an den Befestigungspunkten 21 mit dem nicht dargestellten Rahmen verbunden ist und darum gegenüber der rotierenden Platte 1 still steht. Der Geber 35 dient dem Schalten, also der radialen Verstellung der Zahnsegmente 4. Ein Spanner, bestehend aus der feststehend gelagerten Rolle 24, dem Schwenkarm 22 sowie der daran befestigten Rolle 23 als auch einer nicht dargestellten Zug- oder Torsionsfeder, dient dem Längenausgleich des Zugmittels 32 bei verschiedenen Gängen.
In 3 rasten die Zahnsegmente 4 in der äußersten radialen Position und bilden das größte polygonförmige Zahnrad.
In 4 rasten die Zahnsegmente 4 in der inneren radialen Position und bilden das kleinste polygonförmige Zahnrad.
In 5 ist die rotierende Platte 1 von der Rückseite dargestellt. Seitlich von den radialen Schlitzen 3 sind Rastleisten 6 mit sägezahnförmigen Rastungen angebracht. Auf ihnen stützen sich die Rastmechanismen 5, welche durch die Schlitze 3 hindurch mit den Zahnsegmenten 4 verbunden sind, ab.
Ein flach bauender Rastmechanismus 5 ist in 6 in Einzelheiten dargestellt. Das Gehäuse 14 ragt mit seinem Steg 17 durch den Schlitz 3 in Platte 1 hindurch und ist dort mit dem Zahnsegment 4 verbunden. Wippe 10 ist auf der Achse 11 drehbar gelagert und über Zugblech 15 und Stift 16 mit dem verschiebbaren Stößel 12 verbunden, welcher von Druckfeder 13 vorgespannt wird. Die Federvorspannung bewirkt eine Rastung von Wippe 10 auf der Rastleiste 18 (7). Um die Rastung beim Schaltvorgang zu lösen und den Rastmechanismus um eine Position auf der Rastleisten 18 radial nach innen zu verschieben muss Stößel 12 gedrückt werden um über die Verbindung 16, 15 Wippe 10 aus der Rastung zu drehen. Die geschieht während ein Zahnsegment 4 das Leertrum passiert, also lastfrei ist. Zur Betätigung des Stößels 12 wird der Schaltmechanismus bestehend aus Innenmond 42 und Außenmond 43 (8, 9, 10) im Führungsschlitz 44 mit Hilfe des Gebers 35 um einen definierten Weg radial nach innen verschoben, wobei der Stößel 12 flach auf die Innenkontur von Außenmond 43 aufläuft und dadurch gedrückt wird. Dies verschiebt den Rastmechanismus 5 radial nach innen wo er in der nächsten Position wieder rastet. Wenn nach einer vollständigen Umdrehung der Platte 1 alle Rastmechanismen 5 Außenmond 43 passiert haben, ist ein Schaltvorgang abgeschlossen. Zur Einleitung eines Schaltvorgangs hin zu einem größeren Zahnrad des spreizbaren Zahnrads 31 hin wird der Schaltmechanismus 42, 43 mit Hilfe des Gebers 35 radial nach außen bewegt, sodass die Teile 5 auf der rotierenden Platte 1 mit der Innenseite ihrer Ausprägung 17 gegen die Außenkontur von Innenmond 42 auflaufen und in der Folge radial nach außen geschoben werden wo sie selbsttätig in der neuen Position rasten. Nach einer vollständigen Umdrehung von Platte 1 haben alle Zahnsegmente 4 ihre neue Position eingenommen und der Schaltvorgang ist abgeschlossen. Innenmond 42 und Außenmond 43 sind so dimensioniert, dass auch ein direkter Schaltvorgang über 2 Gangstufen erfolgen kann. In 10 ist dargestellt wie ein Zahnsegment mit seiner rückseitigen Rasteinheit den Verstellmechanismus aus Innenmond und Außenmond passiert.
Das komplette Umschlingungsgetriebe in 11 wendet zwei spreizbare Zahnräder 105 und 820 an, wobei die verschiedenen Gangstufen dadurch erreicht werden, dass ein spreizbares Zahnrad 105 seinen Durchmesser vergrößert während das andere spreizbare Zahnrad 820 gleichzeitig seinen Durchmesser verkleinert. Der dabei erzielte Vorteil ist neben dem größeren Schaltbereich und der Fähigkeit unter voller Last zu schalten vor allem der annähern gleich bleibende Umfang, weil dadurch eine einfachere Spanneranordnung 804, 814 für das Zugmittel 803, 805, 813, 815 möglich wird. Diese Anordnung erlaubt sowohl einen Zugbetrieb 801 bei dem das Zugmittel 803 belastet und damit gestreckt ist und die Spannrolle 814 nach außen bewegt, während die unbelastete Seite des Zugmittels 805 von Spannerrolle 804 gespannt wird, als auch Schubbetrieb 802, bei der das selbe Zugmittel 813 unten belastet und damit gestreckt ist, wodurch es die Spannerrolle 804 nach außen bewegt und die unbelastete Seite des selben Zugmittels 815 von Spannerrolle 814 gespannt wird. Dieses Getriebe ist vorteilhaft wenn an einem Fahrzeug mit Motorbremsung oder bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug mit Energierückgewinnung, bei der der Antriebsmotor als Generator geschaltet ist, benutzt werden soll.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10115377 C1 [0001, 0002, 0005]

Claims

Umschlingungsgetriebe mit auf gleichen Winkelabständen gelegenen radialen Führungen 3 für im gleichen Radius rastfähige Zahnsegmente 4, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Zahnsegment 4 auf seiner Rückseite einen Rast- und Verstellmechanismus 5 aufweist, welcher aufgrund der Anordnung von 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 eine geringe Bauhöhe aufweist und aufgrund der radial exponierten Anordnung der Ausprägung 17 einen möglichst großen Innenmond 42 an der Verstelleinrichtung 20 zulässt und wobei der Außenmond 43 so groß dimensioniert ist, dass sein Fangbereich beim Schalten mehrere Gangstufen abdeckt, wobei die Verstelleinrichtung, bestehend aus einem Gehäuse 40 mit linearer Gleitführung 44 für ein verschiebbares Gleitstück 45, welches Innenmond 42 und Außenmond 43 gemeinsam führt, mittels einer Gleit- oder Kugellagerung 41 bzw. mit präzisem Luftspalt durch eine Gehäusebefestigung relativ zur rotierenden Welle 2 und der mit dieser fest verbundenen Platte 1 so gelagert ist, dass sie unter Abstützung 21 vom Rahmen her und damit gegenüber der rotierenden Platte 1 still stehend, mittels einer geeigneten Positionsänderung des Gleitstücks 45 und damit einer Positionsänderung von Innenmond 42 und Außenmond 43 Schaltvorgänge ermöglicht.
Umschlingungsgetriebe 105, 820 dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anordnung der beiden spreizbaren Zahnräder 105, 820 das Zugmittel 803, 805, 813, 815 durch eine gegensinnig spannende Anordnung der Spannerrollen 804, 814 sowohl in Zugrichtung 801 als auch in Schubrichtung 802 belastet werden kann.