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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung. Diese wird bei Antrieben von Geräten dann eingesetzt, wenn verschiedene Drehmomente und Drehzahlen erreicht werden sollen. Dieses erreicht man durch das Ändern des Übersetzungsverhältnisses zwischen Antrieb und Abtrieb.
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Das Übersetzungsverhältnis dieses mechanischen Getriebes passt sich in Abhängigkeit des für den Antrieb des Fahrzeugs erforderlichen Drehmoments automatisch an.
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Dieses mechanische Getriebe eignet sich für den Antrieb von Fahrzeugen und insbesondere für den Antrieb von Zweirädern, die sowohl motorisch angetrieben, motorisch unterstützt oder ausschließlich durch Muskelkraft betrieben sind.
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Stand der Technik
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Beim Antrieb verschiedenster Geräte wie Maschinen, Motorfahrzeuge und Fahrrädern ist es erforderlich, das durch den Antrieb eingebrachte Drehmoment und die Drehzahl an den Abtrieb anzupassen. Diese Anpassung wird durch ein Getriebe erreicht. Ein solches Getriebe ermöglicht eine Anpassung des Übersetzungsverhältnisses und somit die Anpassung von Drehmoment und Drehzahl zwischen Antrieb und Abtrieb.
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Der Stand der Technik weist verschiedene mechanische Getriebetypen auf, die sich durch ihre Bauart unterscheiden.
- • Bei einstufigen als auch mehrstufigen Getrieben ist das Übersetzungsverhältnis fest definiert und somit nicht durch einen Eingriff während des Betriebs des Getriebes änderbar.
- • Bei Schaltgetrieben lässt sich das Übersetzungsverhältnis und somit die Drehzahl und das Drehmoment durch einen Schaltvorgang verändern. Die Anzahl der Getriebegänge ist damit durch die verschiedenen möglichen Schaltstufen festgelegt.
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Insbesondere bei Fahrzeugen ist es wichtig, das Drehmoment und die Drehzahl zwischen Antrieb und Abtrieb anpassen zu können. Dieses Erfordernis entsteht durch verschiedene Fahrsituationen, auch Lastfälle genannt. Diese sind: Anfahren, Beschleunigen (kontinuierliche Zunahme der Geschwindigkeit), Fahren an Steigungen und Fahren im Gefälle, Verzögern (kontinuierliche Abnahme von Geschwindigkeit), bis hin zum Stopp.
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Ein Wechsel der verschiedenen Schaltstufen wird durch den Vorgang „schalten“ erreicht. Dieser wird in der Regel manuell von dem Fahrer des Fahrzeugs durchgeführt.
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Der Stand der Technik weist zudem technische Lösungen auf, bei denen ein Computer auf Basis von Daten, die über Sensoren erfasst werden, die Entscheidung für einen Schaltvorgang trifft und Aktuatoren ansteuert, die den Schaltvorgang ausführen.
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Der Stand der Technik weist zudem unterschiedliche Kraftübertragungsarten bei Schaltgetrieben auf. Es gibt formschlüssige als auch kraftschlüssige Kraftübertragungsarten bei Getrieben.
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Formschlüssige Getriebe übertragen das Drehmoment über Formschluss. Formschlüssige Getriebe bestehen in der Regel aus ineinandergreifenden Zahnrädern, Kettenrad und Kette oder Zahnriemenscheibe und Zahnriemen (in Kombination mit Zahnradgetrieben).
- • Bei dem Zahnradgetriebe wird im Betrieb zwischen Zahnradstufen mit unterschiedlichen Zahnpaarungen mit verschiedenen Übersetzungsverhältnissen geschaltet und somit das Drehmoment und die Drehzahl geändert. Die meisten Zahnradgetriebe finden in einer Getriebenabe im Hinterrad ihren Einsatz. Bekannte Hersteller sind hier SHIMANO (Japan), SRAM (USA) und ROHLOFF (Deutschland). Am Markt existiert zudem ein Zahnradgetriebe der Firma PINION (Deutschland), das anstelle eines Tretlagers zwischen den Tretkurbeln im Rahmen integriert ist. Voraussetzung für den Einsatz dieses Getriebe ist ein speziell gestalteter Fahrradrahmen, der das Getriebegehäuse aufnehmen kann.
- • Bei dem Kettengetriebe wird eine Kette im Betrieb mit Hilfe eines mechanischen Umwerfers von einem Zahnkranz auf einen anderen Zahnkranz umgesetzt. Durch die unterschiedliche Anzahl der Zähne und somit unterschiedlichem Umfang der Kettenräder wird ein geändertes Übersetzungsverhältnis und somit ein geändertes Drehmoment und Drehzahl erreicht. Bekannte Hersteller sind hier SHIMANO (Japan), SRAM (USA) und CAMPAGNOLO (Italien).
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Ein wesentlicher Vorteil des Zahnradgetriebes ist, dass die Übersetzung „im Stand“ geändert werden kann. Ein Zahnradgetriebe wird über nur einen Schaltmechanismus betätigt und somit das Übersetzungsverhältnis geändert. Die Gangabstufungen sind klar aufeinanderfolgend definiert. Es gibt keinen Kettenschräglauf, da Antrieb und Abtrieb mit nur jeweils einem Kettenrad über die Antriebskette miteinander verbunden sind.
Die Nachteile des Zahnradgetriebes sind die aufwendige und kostspielige Technik und ein höheres Gewicht als das der Kettenschaltung. Ein Zahnradgetriebe sollte aufgrund empfindlicher Bauteile nicht unter Volllast geschaltet werden.
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Die Vorteile der Kettenschaltung sind ein geringeres Gewicht und der einfache Aufbau. Der Wirkungsgrad ist höher als bei einem Zahnradgetriebe.
Die Nachteile einer Kettenschaltung sind der erhöhte Verschleiß durch Kettenschräglauf und die Verschmutzung. Ferner werden meistens mehr als ein Schaltmechanismus verwendet um ein größeres Spektrum an Schaltstufen zu erreichen. Einige der Schaltstufen überdecken sich jedoch, sodass die tatsächliche Anzahl an Gangstufen viel geringer ist.
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Reibschlüssige Getriebe übertragen die Drehmomente über Reibschluss. Reibschlüssige Getriebe verwenden in der Regel Riemenscheiben und Riemen zwischen Antrieb und Abtrieb. Der Stand der Technik weist verschiedene Bauarten von reibschlüssigen Getrieben auf. Diese haben keine festgelegten Schaltstufen, sondern die Besonderheit, dass sie einen variablen Übersetzungsbereich aufweisen.
- • Eine Lösung ist das Variomatic Getriebe, bei dem ein Riemen zwischen jeweils zweiteiligen kegeligen Scheiben geführt wird. Im Betrieb wird der Abstand der zweiteiligen Kegelscheiben zueinander verändert und somit der Riemen auf sich verändernden Durchmessern geführt und dadurch das Übersetzungsverhältnis verändert. Der Erfinder der Variomatic ist das Unternehmen DAF (Niederlande).
- • Eine weitere Lösung ist das NuVinci Getriebe, bei dem Kugeln zwischen kegelförmigen Scheiben eingespannt sind und sich durch ändern der Position der Scheiben, der Abrollbereich der Kugel und damit auch das Übersetzungsverhältnis verändert. Die Mechanik ist in einer Nabe integriert, die im Hinterrad angeordnet ist. Der Hersteller ist das Unternehmen FALLBROOK TECHNOLOGIES (USA).
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Die Vorteile dieser Getriebevorrichtungen sind ihre Variabilität in der Übersetzung. D.h. es gibt keine Gangstufen, sondern einen variablen Übersetzungsbereich. Bei dieser Technik ist ein stufenloses Schalten unter Last möglich.
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Von Nachteil ist ein geringerer Wirkungsgrad als bei formschlüssigen Übersetzungen, da hier das Drehmoment mit Kraft- / oder Reibschluss übertragen wird. Ferner besteht das Risiko von Schlupf.
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Weitere Getriebearten, die den Stand der Technik repräsentieren:
- Mit der Patentanmeldung GB 2 062 142 A ist eine Getriebevorrichtung bekannt, die im Betrieb ihren Durchmesser und somit die Übersetzung ändert. Als Nachteil des Verstellmechanismus erweist sich, dass dieser im Betrieb starke zyklische Schwankungen durch abwechselnd eingreifende Zahnsegmente ausgleichen muss. Die Verstellung während der Rotation erfolgt eher „schlagend“ als „fließend“. Der Antrieb unterliegt starken internen ansteigenden und starken internen abfallenden Drehmomenten, was sich negativ auf die „Antriebsruhe“ auswirkt.
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Mit der Patentanmeldung
DE 10 2005 032 255 A1 ist eine Getriebevorrichtung bekannt, die im Betrieb ihren Durchmesser und somit die Übersetzung ändert. Diese überträgt die Drehbewegung des Antriebs kraftschlüssig über Riemenscheiben auf einen Keilriemen. In Abhängigkeit von anliegendem Drehmoment und der Drehzahl des Antriebs erfolgt die Durchmesserveränderung durch eine radiale Positionsveränderung der Antriebselemente unterstützt durch Federspannung und Fliehkraft. Der Antrieb unterliegt jedoch dem Risiko von Schlupf, da die Antriebskräfte ausschließlich durch „Klemmung“ des Keilriemens auf den Keilriemenscheiben wirken. Zudem weist die Verbindung zwischen Keilriemen und Keilriemenscheiben einen sehr geringen Umschlingungswinkel auf, der ein Durchrutschen des Riemens wahrscheinlich macht. Ferner weisen Keilriemenantriebe einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 92% auf, was für den Antrieb von Fahrrädern inakzeptabel ist.
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Mit der Patentanmeldung
DE 196 26 285 A1 ist eine Getriebevorrichtung bekannt, die im Betrieb ihren Durchmesser und somit die Übersetzung ändert. Diese überträgt wie die zuvor genannte Erfindung die Drehbewegung des Antriebs kraftschlüssig über Riemenscheibensegmente auf einen Keilriemen. In Abhängigkeit des anliegenden Drehmoments des Antriebs erfolgt die Durchmesserveränderung durch eine radiale Positionsveränderung der Antriebselemente unterstützt durch Federspannung. Der Antrieb unterliegt jedoch dem Risiko von Schlupf, da die Antriebskräfte ausschließlich durch „Klemmung“ des Keilriemens auf den Keilriemenscheibensegmenten wirken. Zudem weist die Verbindung zwischen Keilriemen und Keilriemenscheibensegmente einen sehr geringen Klemmbereich (Länge) auf, der ein Durchrutschen des Riemens wahrscheinlich macht. Ferner weisen Keilriemenantriebe einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 92% auf, was für den Antrieb von Fahrrädern inakzeptabel ist. Die alternativ ausgewiesene Lösung unterstellt die Verwendung von Kettenradsegmenten anstelle von Keilriemensegmenten. Diese Lösung funktioniert nicht, da bei der radialen Verstellung der Kettenradsegmente keine Kompensation des Längenausgleichs zwischen den Kettenradsegmenten erfolgt.
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Mit der Patentanmeldung
EP 0 116 731 A1 ist eine Getriebevorrichtung bekannt, die im Betrieb ihren Durchmesser und somit die Übersetzung ändert. Diese überträgt die Drehbewegung des Antriebs kraftschlüssig über Kettenräder auf eine Kette. In Abhängigkeit vom anliegenden Drehmoment des Antriebs erfolgt die Durchmesserveränderung durch eine radiale Positionsveränderung der Antriebselemente. Die Antriebselemente (Kettenräder) sind jedoch frei drehend gelagert. Der Antrieb funktioniert nicht, da sich die Kettenräder während der Rotation des Antriebs frei unter der Antriebskette drehen und die Kette dabei nicht antreiben. Die Kettenräder weisen keinen Mechanismus auf, der diese definiert in ihrer Rotation ausrichtet, sodass im Betrieb weder ein Durchdrehen unter der Kette, noch eine Verspannung der Kette durch Abstandsänderung zwischen den Kettenrädern während der Verstellung der Kettenräder erfolgt.
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Mit der Patentanmeldung
WO 80 / 02 129 A1 ist eine Getriebevorrichtung bekannt, die im Betrieb ihren Durchmesser und somit die Übersetzung ändert. Das Drehmoment, unter der eine Verstellung erfolgt, wird durch einen Verstellmechanismus voreingestellt. Die Drehbewegung wird formschlüssig über Kettenräder auf eine Kette übertragen. Es sind während der Rotation maximal 2 formschlüssige Elemente in der Kette im Eingriff. Dieses jedoch nur zu ca. 1/3 einer Umdrehung. Die Verstellung der beiden formschlüssig eingreifenden Elemente erfolgt durch eine radiale Positionsveränderung. Die formschlüssigen Antriebselemente werden bei der Positionsveränderung gegenläufig verstellt. Die Verstellung funktioniert innerhalb des ersten 180 Grad Sektors. Nach einer 180 Grad Drehung (2ter 180 Grad Sektor) drehen sich die Zahnräder gegenläufig und verspannen beim radialen Verstellen der Zahnräder nach außen die Kette. Ferner wurde das Verhältnis zwischen radialer Verstellung und der Längenveränderung zwischen den Antriebselementen nicht definiert berücksichtigt.
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Mit der Patentschrift
DE 10 2016 008 839 B3 ist eine Getriebevorrichtung bekannt, die im Betrieb selbsttätig ihren Umschlingungsdurchmesser und somit die Übersetzung ändert. Das in das System eingebrachte Drehmoment steuert hier stufenlos die Veränderung des Durchmessers. Die Drehbewegung wird dabei formschlüssig über Kettenräder auf eine Kette oder formschlüssig über Zahnriemenräder auf einen Zahnriemen übertragen.
Nachteil: Zur Erreichung eines großen Übersetzungsbereichs ist ein großer Durchmesser des Getriebes erforderlich. Dieser führt dazu, dass das Getriebe bei der Verwendung in einem Standard Fahrradrahmen mit der Kettenstrebe zusammen stoßen kann. Um das zu vermeiden sind explizit für dieses Getriebe Rahmengeometrien mit weiter geöffneten Kettenstreben erforderlich.
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Die Aufgabe dieser Patentanmeldung ist es, die genannten Nachteile des Standes der Technik auszuschließen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 10.
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Diese Erfindung kombiniert somit die Vorteile eines stufenlosen, reibschlüssigen Getriebes mit den Vorteilen eines formschlüssigen und abgestuften Getriebes, jedoch vereint in einem automatischen stufenlosen formschlüssigen Getriebe.
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Dieses Getriebe wird mit dem angetriebenen Rad verbunden oder in dieses integriert. Das Antriebsmedium 13 (Kette / Zahnriemen) treibt das Getriebe an, welches die Drehbewegung an das Rad weitergibt und dieses antreibt und dabei in Abhängigkeit des in das Getriebe eingebrachten Drehmoments die Übersetzung selbsttätig regelt.
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Eignung
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Diese Erfindung in Form eines automatischen mechanischen Getriebes mit variablem Übersetzungsbereich eignet sich für den Einsatz in Fahrzeugen insbesondere in Fahrrädern. Die Erfindung eignet sich sowohl für muskelkraftbetätigte Fahrräder als auch motorisch unterstützte Fahrräder (sogenannte Pedelecs / E-Bikes) sowie motorbetriebene Fahrräder. Diese Erfindung wird mit einem angetriebenen Rad verbunden oder in dieses integriert. Das Antriebsmedium 13 (Kette / Zahnriemen) treibt das Getriebe an, welches die Drehbewegung an das Rad weiter gibt und dieses antreibt und dabei in Abhängigkeit des in das Getriebe eingebrachten Drehmoments die Übersetzung selbsttätig regelt.
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Vorteile
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Durch die Verwendung dieser Getriebevorrichtung ergeben sich folgende Vorteile:
- • automatische Änderung der Übersetzung
- • variabler Übersetzungsbereich
- • ändern des Übersetzungsverhältnisses unter Last
- • ändern des Übersetzungsverhältnisses im Stand
- • gleichmäßige, gedämpfte Drehmoment- und Drehzahlanpassung
- • hoher Wirkungsgrad durch formschlüssigen Antrieb
- • komfortables und sportives Fahrerlebnis
- • kompakt und leicht (kleine Verpackung und niedriges Gewicht; CO2 Footprint)
- • einfacher Aufbau
- • preiswert
- • ausschließlich Mechanisch (keine Elektronik, Elektrik, Software, Energiequelle, Sensorik, Aktuatoren, Kabel, etc. erforderlich)
- • wartungsarm, da einfach und robust aufgebaut und verschmutzungsresistent eingebaut
- • einfache Montage und Demontage bei Austausch von Verschleißteilen (Mitnehmerrad)
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Figurenliste
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Das Grundprinzip wird anhand der Zeichnung (1) mit 1 und 2 dargestellt und nachfolgend detailliert beschrieben.
- 1: Vorderansicht des Getriebes mit kleinstem Durchmesser; 2: Rückansicht des Getriebes aus 1.
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Das Getriebesystem besteht aus nachfolgenden spezifischen zu dem Antriebssystem nicht zugehörigen Komponenten und deren Bezugszeichen aus der Zeichnung (1) 1 und 2:
- • Freilaufnabe (1)
- • Antriebsmedium (13)
- • Rad (nicht dargestellt)
- • Dämpfer (nicht dargestellt)
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Das Getriebe besteht aus nachfolgenden spezifischen Komponenten und deren Bezugszeichen aus der Zeichnung (1) 1 und 2:
- • Freilaufadapter (2)
- • Lagergehäuse (3)
- • Arm (4)
- • Hebel (5)
- • Verstellmedium (6)
- • Rollenträger UR (7)
- • Mitnehmerrad (8)
- • Umlenkrolle (9)
- • Expander (10)
- • Seilrolle (11)
- • Rollenträger SR (12)
- • Spannarm (14)
- • Hebelträger (15)
- • Spannhebel 1 (16)
- • Spannhebel 2 (17)
- • Umlenkrolle (18)
- • Schenkelfeder (90 Grad) (nicht dargestellt)
- • Schenkelfeder (180 Grad) (nicht dargestellt)
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Die Anpassung des Übersetzungsverhältnisses wird bei der Erfindung dadurch erreicht, dass der Umschlingungsdurchmesser des Getriebes in Abhängigkeit der Zugkraft im Antriebsmedium 13 verändert wird.
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Als Antriebsmedium 13 / Verstellmedium 6 und Mitnehmerräder 8 eignen sich Antriebskette und Kettenräder, sowie Zahnriemen und Zahnriemenscheiben. In der Zeichnung (1) und Zeichnung (2) werden Ketten und Kettenräder verwendet.
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Das Getriebe ist über einen Freilaufadapter 2 mit der Freilaufnabe 1 des angetriebenen Rades konzentrisch verbunden. Das Antriebsmedium 13 ist auf der umlaufenden Aufnahmerille des Getriebes aufgelegt. Das auf dem Getriebe aufgelegte Antriebsmedium 13 treibt formschlüssig über Mitnehmerräder 8 das Getriebe selbst und das Getriebe die Freilaufnabe 1 des Rades an.
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Bei geringer Zugkraft im Antriebsmedium 13 (das Rad kann sich frei ohne Widerstand drehen) wird das Getriebe in Rotation versetzt und treibt dabei das angetriebene Rad über die Nabe an. Hierbei hat das Getriebe in seiner Ausgangslage den kleinsten Umschlingungsdurchmesser, was der größten Übersetzung entspricht.
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Bei ansteigender Zugkraft im Antriebsmedium 13 (das Rad kann sich nicht frei ohne Widerstand drehen) wird das Getriebe in Rotation versetzt und dreht sich gegen den Widerstand des Rades um einige Winkelgrade gegen die Freilaufnabe 1 weiter. Dabei vergrößert sich der Umschlingungsdurchmesser des Getriebes und die Übersetzung wird kleiner.
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Sobald der Widerstand des Rades überwunden ist setzt sich das Rad in Bewegung.
Bei nachfolgend geringer werdender Zugkraft im Antriebsmedium 13 verringert sich der Umschlingungsdurchmesser des Getriebes und die Übersetzung vergrößert sich.
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Das Getriebe regelt sich während der Fahrt kontinuierlich selbst. Dieser Regelvorgang findet während des gesamten Fahrbetriebs kontinuierlich entsprechend dem jeweiligen Lastfall statt. Dadurch wird stufenlos ein Gleichgewicht zwischen benötigtem Kraftaufwand und Vortrieb des angetriebenen Rades sichergestellt.
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Der Umschlingungsdurchmesser des Getriebes lässt sich variabel verändern. Im Ruhezustand ist der Durchmesser am kleinsten, unter Volllast ist der Durchmesser am größten.
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An dem Getriebe angebrachte Dämpfer kompensieren die Schwingungen des Antriebssystems und tragen somit zu einem ausgewogenen gleichmäßigen Betrieb bei. Spannungsspitzen (abruptes Ansteigen und Abfallen von Drehmoment) werden durch die Dämpfer kompensiert.
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Ein an der Hinterradschwinge angebrachter Spannmechanismus gleicht die durch die Änderung des Umschlingungsdurchmessers des Getriebes resultierende freie Länge des Antriebsmediums 13 aus und hält das Antriebsmedium 13 auf Spannung.
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Über den Umfang des Getriebes verteilt sind Arme 4 angebracht, die an Lagerstellen am Lagergehäuse 3 drehbar verbunden sind. Die Arme 4 werden über Hebel 5 betätigt und radial nach außen (von der Mittelachse weg) oder innen (zu der Mittelachse hin) bewegt. Die Hebel 5 sind zum einen an Lagerstellen des Freilaufadapters 2 drehbar verbunden. Zum anderen sind die Hebel 5 mit jeweils einem Arm 4 drehbar verbunden. Das Lagergehäuse 3 ist auf dem Freilaufadapter 2 radial gelagert und kann sich innerhalb eines definierten Rotationswinkels bewegen.
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Zur Übertragung der Bewegung des Antriebsmediums 13 in eine Drehbewegung des Getriebes werden Mitnehmerräder 8 (Kettenrad / Zahnrad) verwendet, die mit den am Umfang verteilten Armen 4 verbunden sind. Jeweils ein Mitnehmerrad 8 ist an jedem Arm 4 rotierend gelagert befestigt.
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Das Mitnehmerrad 8 besteht aus einem Rad, welches aus 2 parallelen und starr miteinander verbundenen Mitnehmerräder 8 besteht. Über jeweils eines dieser Mitnehmerräder 8 läuft das Antriebsmedium 13 das auf das Getriebe aufgelegt ist und in das ein Mitnehmerrad 8 formschlüssig eingreift.
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Die Mitnehmerräder 8 übertragen die Zugkraft des Antriebsmediums 13 formschlüssig auf das Getriebe und versetzen dieses in Rotation.
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Bei hoher Zugkraft im Antriebsmedium 13 dreht sich das Getriebe um einige Winkelgrade um die Freilaufnabe 1 weiter. Dabei stützt sich jeder Hebel 5 zwischen seinem Drehpunkt am Freilaufadapter 2 und dem Drehpunkt an einem Arm 4 ab. Dabei werden die Arme 4 von den Hebeln 5 aufgerichtet.
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Lässt die Zugkraft im Antriebsmedium 13 nach, dreht sich das Getriebe ohne dass die Hebel 5 die Arme 4 aufstellen. Die Arme 4 ziehen sich über die Spannung des Antriebsmediums 13 gesteuert wieder in ihre Ausgangslage zurück.
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Die Mitnehmerräder 8 sind jedoch weder radial starr noch freilaufend mit den einzelnen Armen 4 verbunden. Bei dem Verstellen der Arme 4 (nach außen / innen bewegen) verändert sich der Abstand zwischen den Mitnehmerrädern 8.
- • Wären die Mitnehmerräder 8 starr mit den Armen 4 verbunden, so wäre ein Verstellen der Arme 4 nicht möglich, da das Antriebsmedium 13 formschlüssig mit den Mitnehmerrädern 8 verbunden ist. Somit würde der Verstellmechanismus ein Verkleinern oder Vergrößern nicht zulassen, da sich das Antriebsmedium 13 zwischen den Mitnehmerrädem 8 verspannt. Die Funktion des Getriebes wäre somit nicht gegeben.
- • Wären die Mitnehmerräder 8 radial freilaufend mit den Armen 4 verbunden, so würde sich das Antriebsmedium 13 frei um das Getriebe drehen (durchdrehen), jedoch nicht die Bewegung des Antriebsmediums 13 über die Mitnehmerräder 8 auf das Getriebe übertragen. Die Funktion des Getriebes wäre somit nicht gegeben.
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Die Erfindung weist als einzigartige Besonderheit einen Verstellmechanismus in einem Subsystem auf, der eine definierte Rotationsbewegung der Mitnehmerräder 8 während der Verstellung der Arme 4 und deren Abstandsänderung zueinander zulässt, und ein Verspannen oder Durchdrehen des Antriebsmediums (13) verhindert.
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Dieses ist im nachfolgenden Kapitel „Funktionsweise - Erweitertes Grundprinzip“ detailliert beschrieben und durch die Zeichnung (2) mit 3 und 4 dargestellt.
3: Vorderansicht des Getriebes mit für den für den Verstellmechanismus erforderlichen Komponenten; 4: Rückansicht des Getriebes aus 3.
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Funktionsweise - Erweitertes Grundprinzip
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Die spezifische Funktion wird anhand der Zeichnung (2) mit 3 und 4 dargestellt und nachfolgend detailliert beschrieben.
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Das Subsystem weist ein Verstellmedium 6 auf, welches parallel zum Antriebsmedium 13 in einer parallelen umlaufenden Aufnahmerille auf das Getriebe aufgelegt ist. Das Antriebsmedium 13 und das Verstellmedium 6 haben die gleiche Teilung. Dieses Verstellmedium 6 ist auf die freien, parallel angebrachten Mitnehmerräder 8 aufgelegt, die formschlüssig in das Verstellmedium 6 eingreifen. Dieses Verstellmedium 6 ermöglicht das Zulassen einer definierten Rotation der Mitnehmerräder 8 bei der Bewegung der Arme 4 nach außen / innen.
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Das eine Ende des Verstellmediums 6 ist mit einem der Arme 4 befestigt und wird auf einer zum Antriebsmedium 13 parallellaufenden Bahn über den Umfang des Getriebes geführt. Das andere Ende ist über einen Spannarm 14, der um die Mittelachse rotierend gelagert ist mit einem Expander 10 verbunden, der das Verstellmedium 6 auf Spannung hält. Somit ist das Verstellmedium 6 vergleichbar einer Schlinge um das Getriebe gelegt. Alternativ kann die Spannung am Verstellmedium 6 durch einen zwangsgesteuerten Wickelmechanismus hergestellt werden.
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Bei dem Bewegen der Arme 4 nach außen vergrößert sich der Abstand zwischen den Mitnehmerrädern 8. Dabei verdreht das Antriebsmedium 13 die Mitnehmerräder 8 in eine Richtung. Dadurch wird gleichzeitig das Verstellmedium 6 von den Mitnehmerrädern 8 in Bewegung gesetzt und bewegt sich gegen die Spannung des Expanders 10 in das Getriebe hinein (öffnen der Schlinge).
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Bei dem Bewegen der Arme 4 nach innen verkleinert sich der Abstand zwischen den Mitnehmerrädern 8. Dabei verdreht das Antriebsmedium 13 die Mitnehmerräder 8 in die andere Richtung. Dadurch wird gleichzeitig das Verstellmedium 6 von den Mitnehmerrädern 8 in Bewegung gesetzt und bewegt sich mit der Spannung des Expanders 10 aus dem Getriebe heraus (schließen der Schlinge).
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Die Zugkraft an dem Antriebsmedium 13 verstellt niemals die Mitnehmerräder 8, da das Verstellmedium 6 in Zugrichtung an der Lastseite (Lasttrum) an einem der Arme 4 fest eingespannt ist. Ausschließlich das Bewegen der Arme 4 (öffnen / schließen) und die damit verbundene Änderung des Abstands zwischen den Mitnehmerräder 8 und die damit zulässige Bewegung des Verstellmediums 6 beeinflusst die Verstellung. Diese Erfindung ermöglicht, dass sich die Mitnehmerräder 8 weder mit dem Antriebsmedium 13 verspannen noch frei unter dem Antriebsmedium 13 drehen, da sie immer von dem Verstellmedium 6 in der richtigen Position ausgerichtet und damit fixiert werden.
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Der durch die Verstellung der Arme 4 sich verändernde Abstand zwischen den Mitnehmerrädern 8 wird mit diesem Verstellmechanismus ausgeglichen und somit die „Antriebsfähigkeit“ sichergestellt. Die Funktion dieses automatischen, formschlüssigen, variablen und mechanischen Getriebes ist erfüllt.
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Besonderheiten
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Die Expander 10- und Dämpferkennlinien sind an das jeweilige Fahrerprofil anpassbar. Somit ist das Getriebe sowohl an die Leistung / das Drehmoment von Kindern und Senioren über Fahrradanhängerbetrieb bis hin zum Leistungssportler anpassbar. Die Anpassung erfolgt durch eine Konfiguration aus mehreren austauschbaren Expandern 10. Die Dämpfer weisen Einstellmöglichkeiten über verstellbare Durchflussregler auf.
