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Antrieb für ein Motorfahrzeug mit geringer Geschwindigkeit, insbesondere
MOFA oder MOPED mit einem automatisch schaltenden Zweiganggetriebe Die Erfindung
betift einen Antrieb für ein Motorfahrzeug mit geringer Geschwindigkeit insbesondere
MOFA oder MOPED, it einem automatisch schaltenden Zweiganggetriebe. Durch ein solcnes
Zweiganggetriebe wird die Fahrleistung, insbesondere die Bergsteigefähigkeit verbessert.
Bei bekannten Antrieben dieser Art ist das Getriebe als Stirnradgetriebe ausgebildet
und im Motorgetriebegehäuse
untergebracht. In der Regel erfolgt
aber bei MOFAS bzw. HOPEDS die Kraftübertragung direkt von der otorkurbelwelle mittels
eines Keilriemens auf eine Zwischenwelle, die gleichzeitig als Tretlagerwelle dient
und von dort über einen Kettentrieb direkt auf das Hinterrad Dieser Antrieb ist
sehr preisgünstig, aber das Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Hinterrad
ist fest und kann z.B zum Zwecke besserer Bergsteigefähigkeit oder besserer Beschleunigung
beim Anfahren nicht geändert werden. Es ist auch bereits versucht worden, den Riementrieb
zwischen Motor und Zwischenwelle als Variator auszubilden, diese Lösung ist aber
wegen des geringen Schaltsprunges und der hohen Verluste nachteilig0 Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrndei für solche NOFAS bzw. MOPEDS einen Antrieb zu schaffen,
der unter Beibehaltung des zweistufigen Antriebs -ein automatisch schaltendes Zweiganggetriebe
beinhaltet und dabei einfach und preisgünstig herstellbar ist, einen guten Wirkungsgrad
aufweist und robust und kompakt baut..
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das Zweiganggetriebe
als Planetengetriebe mit Schaltkupplung ausgebildet ist, dessen Gehäuse als Antriebsrad
auf einer Zwischenwelle drehbar gelagert und über
ein Kraftübertragungsmittel
mit einer Motorwelle verbunden ist. Das Gehäuse bildet die sonst übliche Keilriemenscheibe
auf der Tretlagerwelle, wobei das Außenrad des Planetengetriebes fest mit der Keilriemen
scheibe verbunden ist, während das Sonnenrad mit einem Freilauf auf der Tretlagerwelle
sitzt. Die umlaufenden Planetenräder sind am scheibenertigen Steg an Zapfen gelagert
und treiben über eine Hohlwelle die ebenfalls auf der Tretlagerwelle sitzt, mit
reduzierter Drehzahl ein Kettenrad an, das durch eine Antriebskette direkt mit dem
Hinterrad verbunden ist (erster Gang).
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Auf der einen Seite des Steges sind die Planetenräder gelagert, auf
der anderen Seite Fliehgewichte, die, wenn sie bei einer bestimmten Drehzahl entsprechend
einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit nach außen wandern, den Antrieb des Planetengetriebes
(Planetenräder Steg, Kettenrad) durch Reibung fest mit der Keilriemen~ scheibe und
dem Außenrad verbinden. Dadurch wird das Planetengetriebe ausgeschaltet und läuft
starr mit der Keilriemenscheibe um (zweiter Gang)0 Der Schaltvorgang wird also nicht
von der Motordrehzahl, sondern von der Fahrgesehwi.ndigkeit bestimmt, da die Schaltkupplung
mit dem mit dem Hinterrad immer
starr verbundenen Antriebskettenrad
verbunden ist.
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Die otordrehzahl ist damit der Getriebeuntersetzung entsprechend beim
Hochschalten in den schnellen Gang höher als beim Herunterschalten, obgleich in
beiden Fällen die Fahrgeschwindigkeit gleich groß ist. Das bedeutet, daß beim Beschleunigen
der langsame Gang länger eingeschaltet bleibt. Vor dem Herunterschalten wird hingegen
das ganze Motorleistungsspektrum bis hin zum größten Drehmoment durchfahren, Damit
läuft der Motor so lange wie möglich niedertourig im direkten Gang, wodurch Geräuschemission
und Kraftstoffverbrauch niedrig gehalten werden0 Um den Zeitpunkt des Hochschaltens
den gewünschten Fahrbedingungen noch besser anpassen zu können, bestehen die Fliehgewichte
aus zwei sichelförmigen Scheiben, die ähnlich wie Bremsbacken einer Trommelbremse
ausgebildet sind und an einem Ende eine Bohrung zur Lagerung auf einem Zapfen und
am anderen, gegenüberliegenden Ende einen verhältnismäßig kurzen Bremsbelag besitzen,
wobei die Lagerung der Fliehgewichte in Drehrichtung vorne und der Belag hinten
angeordnet ist, Auf diese Weise wird der Anpreßdruck des Fliehgewichtes gegen die
Trommel des Gehäuses durch die Reibung des Belages an der Trommel verstärkt oder
geschwächt, Je nachdem ob der Motor antreibt (Beschleunlgen
) oder
das Fahrzeug (Schiebebetrieb). In beiden Fällen erfolgt die Schaltung bei verschiedenen
Drehzahlen, das heißt Geschwindigkeiten.
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Wird die volle Kesclileunigung gew.lünscht5 gibt man Vo gas und der
Motor entwickelt sein maximales Drehmoment, Die Fliehgewichte benötigen jetzt eine
bestimmte Drehzahl entsprechend einer bestimmten Fahrgeschwin digkeit, die erst
erreicht sein muß, ehe ihre Flieh kraft und Selbstverstärkung ausreicht, Antrieb
und Ab trieb des Getriebes zu kuppeln bzw. zu verbinden und so den zweiten Gang
zu schalten, Will man mit geringer Beschleunigung anfahren und früher in den zwei
ten Gang schalten (weniger Geräusch und Eraftstofft verbrauch), genügt während des
Beschleunigungsvorganges ein kurzes Gaszurücknehmen. Das hierbei durch den kurzzeitigen
Schiebebetrieb stark verminderte Drehmoment ermöglicht den Fliehgewichten den Eingriff
und somit das Schalten schon bei geringerer Drehzahl und damit FahrgeschwindigkeitO
Beim nachfolgenden Gasgeben tritt eine Selbstverstärkung des Anpreßdruckes der Gewichte
ein und die feste Verbindung zwischen dem Steg und dem Außenrad bleibt erhalten,
so daß der schnelle Gang eingeschaltet bleibt. So wird z.B. bei einem 40 km/h schnellen
Fahrzeug bei 32 km/h
in den schnellen Gng geschaltet, wenn Vollgas
gegeben wird, durch kurzes Gaswegnehmen läßt sich aber der gleiche Schaltvorgang
auch erreichen wenn die Geschwindigkeit erst 20 km/h beträgt , Das herunterschalten
erfolgt bei 20 km/h.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ergibt sich eine besonders
vorteilhafte und preisgünstige Anordnung dadurch, daß der Teil des zweiteiligen
Gehäuses mit dem Außenrad als Kunststoffs-pritzgußteil ausgeführt ist, so daß die
Innenverzahnung des Außenrades sehr billig hergestellt werden kann und der zweite
Teil des Gehäuses, der die Keilriemennut und die Kuppe lungsglocke trägt, aus Metalls
insbesondere Aluminium-Druckguß, hergestellt ist, so daß die Wärmebeanæ spruchungen
gut auf genommen werden können. Beim üblichen großen Durchmesser der Keilriemenscheibe
hat man ausreichend Platz für eine sichere Dimensionierung der Schaltkupplung und
des Planetengetriebes, so daß insbesondere auch die drei Planeten räder und das
Sonnenrad kostengünstig als Plastikspritzgußteile angefertigt werden können Zum
Starten des Motors wird in üblicher Weise der Pedalantrieb benutzt. Nach einem weiteren
Merkmal
der Erfindung trägt dazu das Gehäuse Rasten, in die mit
dem Planetenträger verbundene FliehkraStkli.lken einrasten können0 Da die Rasten
als durch Ablaufkurven miteinander verbundene Zähne auf der Außenseite eines Kreisringes
ausgebildet sind, überratschen die Zähne beim Anlauf die Klinken, die bei entsprechender
Drehzahl gegen die Wirkung der Feder aus den Rasten herausgenommen werden. Durch
die Hineinnahme des Tretantriebes in das Gehäuse mit dem Panetengetriebe und der
Schaltkupplung wird eine besonders kompakte Bauweise erzielt, Die als Zwischenwelle
dienende Tretlagerwelle ist erfindungsgemäß mit einer Rückdrehsicherung versehen,
die in besonders vorteilhafter Weise ausschaltbar ist und aus einem mit der Welle
verbundenen Rad besteht, in dessen Zähne am Umfang eine Klinke unter Wirkung einer
Feder einrastbar ist, die durch die Neigungsausbildung des Klinkenzahnes und der
Zähne des Rades in einer Richtung sperrt und in der anderen Richtung jeweils von
den Zähnen aushebbar ist, wobei das Rad aus dem Kettenrad für den Tretantrieb besteht
und die Klinke auf einem Bolzen am Rahmen gelagert ist. So kann die Tretlagerwelle
die Stützkraft vom Planetengetriebe her auf nehmen und trotzdem ist es bei Wunsch
leicht
möglich, das Fahrzeug rü(*kwär-ts zu bewegen, es braucht lediglich die Rückdrehsfficherung
ausgeschaltet5 nämlich die Klinke mit einem Handgriff hochgeklappt zu werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,
Einzelheiten sind anhand der Zeichnung, die eine beispielsweise Ausführungsform
darstellt, näher erläutert. Es eigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Antrieb
entsprechend der Linie I-I: in Figo 2, Fig. 2 einen Axialschnitt hierzu gemäß der
Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Teilschnitt gemäß der Linie III-III in Fig 1
Der Antrieb für das MOFA bzw. NOPED setzt sich zusammen aus einem Motor und einem
Zweiganggetriebe 1, wobei zwischen dem Motor und der Eingangsseite des Getriebes
1 und der Ausgangsseite des Getriebes 1 und dem Hinterrad Kraftübertragungsmittel
vorgesehen sind, die auf der Primärseite (Motor Getriebe) aus einem Keilriemen und
auf der Sekundärseite (Getriebe-Hinterrad) aus einer Rollenkette bestehen. In den
Darstellungen ist im
wesentlichen das Zweiganggetriebe in seinen
Einzel.
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heiten gezeigt. Es besteht aus einem Planetengetriebe 2 und einer
Schaltkupplung 3, die innerhalb eines Gehäuses 4, das aus zwei fest miteinander
verbundenen Halbschalen 5,6 zusammengesetzt ist, untergebracht sinde Die eine Halbschale
5 ist aus Kunststoff gespritzt, sie bildet das Außenrad 7 des Planetengetriebes
2 die Halbschal? 6 besteht aus Druckgußaluminium und trägt eine Keilriemennut 8
und gleichzeitig eine Anlagefläche 9 für die als Fliehkraftkupplung ausgebildete
Schaltkupplung 3. Über die Riemenscheibe und den dort eingelegten Riemen ist das
Zweiganggetriebe 1 mit dem Antriebsmotor, in der Regel einem Verbrennungs motor,
verbunden Die das Gehäuse 4 bildenden Halbschalen 5,G sind um eine Zwischenwelle
10 drehbar, die, aus der bei MOPEDS und MOFAS üblichen aber verlängerten Tretlagerwelle
11 besteht und im Fahrzeugrahmen 12 gelagert ist.
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Die Tretlagerwelle 11 ist mit einer Rückdrehsicherung 13 versehen,
die aus einem Rad 14, das zweckmäßigerweise gleichzeitig das übliche Kettenrad für
den Tretantrieb darstellt; und einer Klinke 15 besteht, die an einem Bolzen 16 am
Rahmen 12 schwenkbar gelagert ist. Ein Klinkenzahn 17 wird durch eine Feder 18 in
die
Zähne 19 am Umfang des Rades 14 hineingezogen, dabei ist seine Form so gewählt,
daß er die Drehung des Rades 14 im Gegenuhrzeigersinn unmöglich macht, bei Drehung
im Uhrzeigersinn aber durch den nachfolgenden Zahn 19 des Rades 14 gegen die Wirkung
der Feder 18 augehoben werden kann. Die Klinke 95 kann von Hand abge schwenkt und
arretiert werden, so daß sie außer Eingriff mit den Zähnen 19 kommt und sich die
Tretlager welle 11 auch in der anderen Richtung drehen kanno Zwischen dem Außenrad
7 und einem Sonnenrad 20S das über einen Freilauf 21 auf der Tretlagerwelle 11 gelagert
ist, befinden sich drei ebenfalls aus Kunststoff hergestellte Planetenräder 22,
die auf Bolzen 23 eines Steges 24 gelagert sind, der selbst über eine Stegnabe 25
und ein Nadellager 26 auf der Zwischenwelle 10 gelagert ist. Das Sonnenrad 20 ist
verdrehfest mit einer Hohlnabe 27 verbunden, zwischen der und der Tretlager welle
11 sich der als Nadel freilauf ausgebildete Freilauf 21 befindet Die Halbschale
5 ist über ein Wälzlager 28 auf der flohlnabe 27 gelagert, die halbschale 6 stützt
sich über ein Wälzlager 29 auf der Stegnabe 25 ab. Letztere trägt verdrehsicher
als Antriebsrad 30 ein Kettenritzel 3? zur Aufnahme der zum Hinterrad führenden
Rollenkette
Innerhalb der Halbschale 6 sind zwei Fliehgewichte
32 untergebracht, die das Aussehen sichelförmiger Scheiben 33 haben und mit ihrem
einen Ende in Lagern 34 am Steg 24 drehbar gelagert sind und auf der Außenseite
35 am anderen Ende einen Belag 36 tragenS der an der als Kupplungsglocke dienenden
Anlagefläche 9 der Schaltkupplung 3 zur Anlage bringbar ist. Im Bereich der Lager
34 sind die beiden Scheiben 33 durch Zugfedern 37 gegeneinander gezogen, Die beiden
Scheiben 33 verhalten sich wie die Bremsbacken einer Trommelbremse: bei relativer
Drehung des Gehäuses 4 bzw. der Halbschale 6 gegenüber den Scheiben 33 in Richtung
des Pfeiles 38 (Fig. 2) tritt Selbstverstärkung der Mitnahme ein, bei entgegengesetzter
Drehung, also im Gegenuhrzeigersinn, Selbstschwächung.
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Auf einem innenliegenden Kreisring 39 der Halbschale 6 befinden sich
Rasten 40 in Form von Zähnen 41, die über Ablaufkurven 42 miteinander verbunden
sindf Mit den Rasten 40 können zwei einander gegenüberliegende Fliehkraftklinken
43 in Eingriff kommen, die in den Fliehgewichten 32 gelagert sind und über Federn
44 aus Aussparungen 45 hinaus gegen den Kreisring 39 gedrückt werden.
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Zum Starten des Motors wird das Fahrzeug in üblicher Weise über einen
Tretantrieb bewegt, das heißt die Tretlagerwelle 11 wird über Pedale 46 gedreht
e Nicht näher dargestellte Verbindungsmittel drehen dabei das Hinterrad und über
eine Rollenkette wird dadurch das Kettenritzel 31 angetrieben. Diese Drehung wird
über die Stegnabe 25, den Steg 24, die Fliehgewichte 32, die Fliehkraftklinken 43,
die Rasten 40, das Gehäuse 4 und einen Riemen auf die Motorwelle weitergegeben2
so daß der Motor anlaufen kann.
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Bei laufendem Motor überholt der Kreisring 39 mit seinen Ablaufkurven
42 die Fliehkraftklinken 43, die bei steigender Drehzahl gegen die Wirkung der Federn
44 in die Aussparungen 45 ausweichen. Durch den Riemenantrieb vom Motor her wird
die als Antriebsrad 47 bzw. als Riemenscheibe fungierende Halbschale 6 und damit
natürlich auch die fest mit ihr verbundene Halbschale 5, also das ganze Gehäuse
4, gedreht. Da das Sonnenrad 20 durch den Freilauf 21 und die Tretlagerwelle 1 durch
die Rückdrehsicherung 13 in der einen Richtung gesperrt sind, laufen die Planetenräder
22 mit dem Steg 24 bzw.
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der Stegnabe 25 um, das Kettenri.tzel 31 gibt die untersetzte Drehzahl
im ersten Gang auf das Hinterrad weiter.
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Bei zunehmender Fahrgeschwindigkeit und damit zunehmender Stegdrehzahl
wächst di auf die Fliehgewichte 32 wirkende Fliehkraft an, so daß sich diese mit
ihrem Belag 36 schließlich an die Kupplungsglocke (Anlagefläche 9) anlegen und nach
einem kurzen Schleifbereich eine feste Verbindung zwischen dem Antriebsrad 47 bzw.
dem Gehäuse 4 und dem Steg 24 hergestellt ist, Das Sonnenrad 20 dreht sich jetzt
frei über den Freilauf 21 mit der Drehzahl des Steges 24 bzw, der des Antriebsrades
47, die Untersetzung des Getriebes ist ausgeschaltet, der zweite bzw< direkte
Gang ist eingelegt.
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Wird die Fahrgeschwindigkeit w: der verringerty so wird die feste
Verbindung zwischen dem Antriebsrad 47 und dem Steg 24 über die Fliehgewichte 32
gelöst, der, erste Gang ist automatisch wicder eingeschaltet.
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Dadurch, daß die Schaltkupplung 3 hinter dem Planetengetriebe 2 angeordnet
ist, sind die Schaltzeitpunkte fahrgeschwindigkeits- und nicht motordrehzahlorientiert.
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Durch kurzzeitiges Gaswegnehmen beim Beschleunigen kann der Schaltzeitpunkt
vom ersten in den zweiten Gang früher, das heiß bei niedrigerer Fahrgeschwindigkeit
erreicht werden, so daß zB. auf ebenen
Strecken bei gemäßigter
Geschwindigkeit eine Kraftstoffersparnis erreicht werden kann; Die zweischalige
Bauweise mit unterschiedlichen Werkstoffen bedeutet eine außerordentliche llerstellungs
vereinfachung: das ganze PLanetengetriebe 2 mitsamt der Halbschale 5 und damit der
Verzahnung 48 des Außenrades 7 wird rationell aus Kunststoff gespritzt, die Halbschale
6 mit der Anlagefläche 9-der Flie-hkraftkupplung besteht vorzugsweise aus Aluminium
und gewährleistet hohe Festigkeit und gute ärmeabfuhr, e Das ganze Gehäuse 4 stellt
eine nur geringfügig dickere Riemenscheibe dar, deren große Durchmesser die günstige
Ausbildung der Fliehkraftkupplung und die festig keitsmäßig ausreichende Auslegung
des Planetengetriebes sicherstellt. Fahrzeuge aus der Serie lassen sich wahlweise
leicht mit automatischem Zweiganggetriebe oder ohne dasselbe ausrüsten9 anstatt
einer längeren Tretlagerwelle 11 und dem Gehäuse 4 werden eben die normale Tretlagerwelle
und Riemenscheibe aufgesetzt.
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Dies gilt auch für eine etwaige spätere Umrüstung