DE10347402B4

DE10347402B4 - Getriebe zum Übertragen einer Drehbewegung mit stufenlos veränderlichem Übersetzungsverhältnis

Info

Publication number: DE10347402B4
Application number: DE2003147402
Authority: DE
Inventors: Jaroslaw Warszewski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-10-09
Filing date: 2003-10-09
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: DE10347402A1

Abstract

Getriebe zum Übertragen einer Drehbewegung mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis unter Verwendung von Scheiben (1, 2), von denen mindestens eine erste Scheibe (1) die Antriebsscheibe und eine zweite Scheibe (2) die Abtriebsscheibe ist, und derart geformten oder angeordneten Zähnen, dass vielfache Übersetzungsverhältnisse erreichbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass
– die Zähne der ersten Scheibe (1), die auf einer ersten Welle (3) befestigt ist, aus einer Vielzahl von Bolzen (5) bestehen, die auf dem Umfang der Scheibe (1) axial beweglich angeordnet sind,
– die zweite Scheibe (2) aus zwei auf einer zweiten Welle (4) gegeneinander beweglichen Teilscheiben (2.1, 2.2) besteht, wobei die einander zugewandten Flächen (8) der Teilscheiben (2.1, 2.2) eine zur Welle (4) hin zunehmende Wölbung aufweisen und radial angeordnete Nuten (6) und Stege (7) besitzen,
– die Welle (3) der ersten Scheibe (1) und die Welle (4) der zweiten Scheibe (2) parallel zueinander angeordnet sind und der Abstand der...

Description

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Getriebe zum Übertragen einer Drehbewegung mit stufenlos veränderlichem Übersetzungsverhältnis, insbesondere zur Anwendung als Nabengetriebe für Kleinfahrzeuge.
Bekannt sind so genannte PV- oder PIV- Getriebe, die mit Kette oder Keilriemen arbeiten. Derartige Getriebe sind für ein nahezu stufenloses Schalten relativ materialintensiv und kompliziert im Aufbau und benötigen eine hohe Schaltkraft.

Aus der EP 0 432 742 A1 ist ein stufenlos arbeitendes Nabengetriebe, insbesondere für Fahrräder, in Form eines Reibradgetriebes bekannt. Über eine Nabenhülse wird das Reibradgetriebe angetrieben, dessen erste Toroidscheibe fest auf der Nabenachse sitzt, dessen mit mehreren Reibrädern versehener Reibradträger von einem Antreiber aus angetrieben wird und dessen zweite Toroidscheibe über ein Planetengetriebe und eine dem Planetengetriebe zugeordnete Freilaufkupplung mit der Nabenhülse verbunden ist. Das stufenlos einstellbare Übersetzungsverhältnis des Reibradgetriebes wird vom Inneren der Nabenachse gesteuert, welches über einen Kupplungsring die schwenkbar gelagerten Achszapfen der Reibräder mitnimmt.

Derartige Getriebe sind zwar klein und robust im Aufbau, besitzen aber einen Schlupf und eine hohe Reibung, wodurch eine große Kraft für das Verstellen des Getriebes notwendig ist.

[Aufgabe der Erfindung]

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Getriebe zum Übertragen einer Drehbewegung mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis zu schaffen, das klein und robust im Aufbau ist, keinen Schlupf besitzt und eine geringe Verstellkraft benötigt.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Getriebe zum Übertragen einer Drehbewegung mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis besitzt mindestens eine Antriebs- und eine Antriebsscheibe mit ineinander greifenden Mitteln, ähnlich Zahnrädern, so dass vielfache Übersetzungsverhältnisse nahezu stufenlos erreichbar sind.

Erfindungsgemäß bestehen die Zähne der Antriebsscheibe aus einer Vielzahl von Bolzen, die auf dem Umfang der Scheibe, im Weiteren auch Bolzenscheibe genannt, axial beweglich angeordnet sind.

Demgegenüber besteht die Abtriebsscheibe aus zwei auf einer Achse gegeneinander beweglichen Teilscheiben, wobei die einander zugewandten Flächen der Teilscheiben eine zur Achse hin zunehmende Wölbung aufweisen und radial angeordnete Nuten und Stege besitzen. Diese Scheibe wird, wegen dem keilförmigen Spalt zwischen den beiden Teilscheiben, im Weiteren auch als Keilscheibe bezeichnet.

Die beiden Teilscheiben der Abtriebsscheibe sind derart in Umlaufrichtung gegeneinander versetzt angeordnet, dass immer einem Steg der einen Teilscheibe eine Nut der anderen Teilscheibe gegenübersteht, so dass die Bolzen der Bolzenscheibe wechselseitig durch den Steg der einen Teilscheibe in die Nut der anderen Teilscheibe gedrückt werden.

Geschaltet wird das Getriebe, indem der Abstand der zueinander parallel ausgerichteten Achsen der beiden Scheiben, bzw. die Wellen, auf denen die Scheiben drehbar befestigt sind, durch einen Stellmechanismus stetig veränderbar ist.

Die Stirnkanten der Bolzen der Bolzenscheibe sowie die Kanten der peripheren Stirnflächen der Stege der Keilscheibe sind zentral und lateral etwas abgeschrägt oder abgerundet, so dass ein einwandfreies Ein- und Auslaufen der Bolzen in und aus den Nuten gewährleistet ist. Des Weiteren können die radialen Kanten der Stege leicht angephast sein. Das Ein- und Auslaufen der Bolzen wird außerdem durch die Kegelform der Innenflächen der Teilscheiben der Keilscheibe unterstützt.

Beim Schalten des Getriebes wird die Bolzenscheibe mehr oder weniger stark in die Keilscheibe hineingedrückt und so ein unterschiedliches Übersetzungsverhältnis hergestellt. Die Teilscheiben sind dazu auf ihrer gemeinsamen Achse verschiebbar angeordnet und stehen unter einem leichten Federdruck, der die Teilscheiben derart gegen die Bolzenscheibe drückt, dass ein Bolzen, der in eine Nut der einen Teilscheibe eingelaufenen ist, sicher gegen eine Stegkante der anderen Teilscheibe drückt und so eine kraftschlüssige Verbindung zwischen der Bolzenscheibe und der Keilscheibe herstellt.

Je nach Übersetzungsverhältnis und Größe der Scheiben befinden sich ein oder mehrere Bolzen gleichzeitig in einer Nut. Bei einem kleinen Übersetzungsverhältnis befinden sich die Bolzen der Bolzenscheibe am äußeren Rand der Keilscheibe in Eingriff mit den Nuten, wobei mehrere Bolzen gleichzeitig in einer Nut sind. Bei einem großen, maximal möglichen Übersetzungsverhältnis ist die Bolzenscheibe soweit zwischen die beiden Teilscheiben der Keilscheibe gedrückt, dass sich nur noch ein Bolzen in einer Nut befindet.

In der bisherigen Beschreibung wurden die Bolzen der Antriebsscheibe zugeordnet und die Nuten und Stege der Abtriebsscheibe. Selbstverständlich können die den Scheiben zugeordneten Funktionen auch ausgetauscht sein, so dass die Antriebsscheibe als Keilscheibe mit den Nuten und Stegen ausgerüstet ist und die Antriebsscheibe die Bolzen trägt.

Mit dem neuen Getriebe gemäß der Erfindung lassen sich vielfältige Getriebeanwendungen realisieren. Besonders zweckmäßig ist sein Einsatz als Nabengetriebe am Fahrrad.

An Hand von Zeichnungen werden der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 Eine Darstellung eines Scheibenpaares mit geringer Übersetzung,
2 eine Darstellung eines Scheibenpaares mit hoher Übersetzung,
3 das Prinzip des wechselseitigen Einlaufens der Bolzen der ersten Scheibe in die Nuten der beiden Teilscheiben der Keilscheibe gemäß 1 und
4 das Prinzip des wechselseitigen Einlaufens der Bolzen der ersten Scheibe in die Nuten der beiden Teilscheiben der Keilscheibe gemäß 2.
Die Abbildungen 1 und 2 zeigen das Grundprinzip des Getriebes, das aus mindestens einer ersten Scheibe 1 und einer zweiten Scheibe 2 besteht, die paarweise angeordnet sind und ähnlich wie zwei Zahnräder ineinander greifen, wobei eine der Scheiben 1 oder 2 die Antriebsfunktion und die jeweils andere Scheibe 1 oder 2 die Antriebsfunktion übernimmt.
Die erste Scheibe 1, die hier eine Bolzenscheibe ist, besitzt eine Vielzahl von Bolzen 5, die am Umfang der Scheibe 1 axial beweglich angeordnet sind. Die zweite Scheibe 2 ist eine Keilscheibe, die aus zwei auf einer Achse 4 gegeneinander beweglichen Teilscheiben 2.1 und 2.2 besteht. Die einan der zugewandten Flächen 8 der Teilscheiben 2.1 und 2.2 sind kegelförmig geformt und besitzen radial bzw. sternförmig angeordnete Nuten 6 und Stege 7. Der Spalt zwischen den Teilscheiben 2.1 und 2.2 ist dementsprechend im Schnitt keilförmig ausgebildet.
Die beiden Teilscheiben 2.1 und 2.2 der zweiten Scheibe 2 sind derart in Umlaufrichtung gegeneinander versetzt angeordnet, dass immer einem Steg 7 der einen Teilscheibe 2.1 oder 2.2 eine Nut 6 der anderen Teilscheibe 2.1 oder 2.2 gegenübersteht, so dass die Bolzen 5 wechselseitig durch einen Steg 7 der einen Teilscheibe 2.1 oder 2.2 in eine Nut 6 der anderen Teilscheibe 2.1 oder 2.2 gedrückt werden.
Die Nuten 6 und die Stege 7 sind radial angeordnet und dementsprechend nach außen, zum Rand der Scheibe d 2, strahlenförmig erweitert.
Je nach Übersetzung werden die Bolzen 5 der ersten Scheibe 1 wechselseitig in die Nuten 6 der Teilscheiben 2.1 und 2.2 der zweiten Scheibe 2 gedrückt. Je nach dem, wie tief die Bolzen 5 zwischen die Teilscheiben 2.1 und 2.2 eindringen, werden gleichzeitig die beiden Teilscheiben 2.1 und 2.2 durch die Kegelform ihrer Flächen 8 auseinandergedrückt. Dabei stehen die Teilscheiben 2.1 und 2.2 unter einem Federdruck, durch den diese beim Herausfahren der Bolzen 5 wieder zusammengedrückt werden.
Entsprechend 1 befinden sich bei geringer Übersetzung mehrere Bolzen 5 in einer Nut 6 und bei hoher Übersetzung, wie in 2 dargestellt, nur noch ein Bolzen 5.
Abweichend von einer geradlinigen radialen Ausrichtung können die Stege 7 und die Nuten 6 auch von einer radialen Linie kurvenförmig abweichen.
Das Prinzip des wechselseitigen Einlaufens der Bolzen 5, von denen nur ein Teil dargestellt ist, der ersten Scheibe 1 in die Nuten 6 der beiden Teilscheiben 2.1 und 2.2 der zweiteiligen Keilscheibe 2 ist in 3 bei einem geringen Übersetzungsverhältnis gemäß 1 und in 4 bei einem hohen Übersetzungsverhältnis gemäß 2 dargestellt.
Beim Einlaufen eines Bolzens 5 in die Keilscheibe 2 wird dieser zunächst von einer Einlaufkante 9 eines Steges 7 der einen Teilscheibe 2.1 erfasst und anschließend in die Nut 6 der anderen Teilscheibe 2.2 gedrückt. Befindet sich der Bolzen 5 vollständig in der Nut 6, drückt er gegen die Arbeitskante eines Steges 7 der Teilscheibe 2.2 und nimmt diese mit. Der Bolzen 5 drückt solange gegen diese Kante bis er die Keilscheibe 2 verlassen bzw. bei tiefer eingedrungenen Bolzen 5 durch die Kegelform der Teilscheiben 2.1, 2.2 keine Berührung mehr mit der Keilscheibe 2 hat. Dieser Vorgang findet abwechselnd zwischen den Stegen 7 und Nuten 6 statt, mal an der einen Teilscheibe 2.1 und mal an der anderen Teilscheibe 2.2. Je nach Eindringtiefe der Bolzenscheibe 1 in die Keilscheibe 2 können sich ein Bolzen 5 (4) oder mehrere Bolzen 5 (3) gleichzeitig in einer Nut 6 befinden.

1: erste Scheibe, Bolzenscheibe
2: zweite Scheibe, zweiteilige Keilscheibe
2.1: rechte Teilscheibe
2.2: linke Teilscheibe
3: Welle der Bolzenscheibe
4: Welle der Keilscheibe
5: Bolzen
6: Nuten
7: Stege
8: kegelförmig gewölbte Flächen der Keilscheibe
9: Einlaufkante

Claims

Getriebe zum Übertragen einer Drehbewegung mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis unter Verwendung von Scheiben (1, 2), von denen mindestens eine erste Scheibe (1) die Antriebsscheibe und eine zweite Scheibe (2) die Abtriebsscheibe ist, und derart geformten oder angeordneten Zähnen, dass vielfache Übersetzungsverhältnisse erreichbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass – die Zähne der ersten Scheibe (1), die auf einer ersten Welle (3) befestigt ist, aus einer Vielzahl von Bolzen (5) bestehen, die auf dem Umfang der Scheibe (1) axial beweglich angeordnet sind, – die zweite Scheibe (2) aus zwei auf einer zweiten Welle (4) gegeneinander beweglichen Teilscheiben (2.1, 2.2) besteht, wobei die einander zugewandten Flächen (8) der Teilscheiben (2.1, 2.2) eine zur Welle (4) hin zunehmende Wölbung aufweisen und radial angeordnete Nuten (6) und Stege (7) besitzen, – die Welle (3) der ersten Scheibe (1) und die Welle (4) der zweiten Scheibe (2) parallel zueinander angeordnet sind und der Abstand der ersten Welle (3) zur zweiten Welle (4) veränderbar ist. – die beiden Teilscheiben (2.1, 2.2) der zweiten Scheibe (2) derart in Umlaufrichtung gegeneinander versetzt sind, dass immer ein Steg (7) der einen Teilscheibe (2.1 oder 2.2) eine Nut (6) der anderen Teilscheibe (2.1 oder 2.2) gegenübersteht, so dass die Bolzen (5) wechselseitig durch den Steg (7) der einen Teilscheibe (2.1 oder 2.2) in die Nut (6) der anderen Teilscheibe (2.1 oder 2.2) gedrückt sind,
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Flächen (8) der Teilscheiben (2.1, 2.2) kegelförmig geformt sind.
Getriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die radial ausgerichteten Stege (7) und Nuten (6) von einer radialen Linie kurvenförmig abweichen.
Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radial ausgerichteten Stege (7) und Nuten (6) Evolventen entsprechend gewölbt sind.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bolzen (5) in axialen Bohrungen in der ersten Scheibe (1) gleitend angeordnet und gegen ein Herausfallen gesichert sind.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnkanten der Bolzen (5) abgerundet oder abgeschrägt sind.
Getriebe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (7) eine Einlaufkante (9) besitzen.