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Bes?hreibung:
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Die Erfindung betrifft eine Ketten- bzw; Riementrieb mit mindenstens
einem Antriebs- und mindestens einem Abtriebsrad, die im Abstand zueinander auf
Achsen oder dergleichen gelagert sind und einer um diese geführten Kette bzw. einem
Riemen sowie einer Spannvorrichtung für die Kette bzw. den Riemen, wobei zur Änderung
des Übersetzungsverhältnisses zwischen Antriebs- und Abtriebsrad die Position der
Kette bzw. des Riemens veränderbar ist.
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Derartige Getriebeanordnungen finden beispielsweise bei Fahrradkettenschaltungen
Verwendung, bei denen durch Wechseln der Kette auf nebeneinander liegende Kettenräder
oder Zahnkränze mit abgestuften Durchmessern eine Änderung des über setzungsverhältnisses
zwischen Antriebs- und Abtriebsrad und damit des übertragenen Drehmomentes erfolgt.
Die Änderung des übersetzungsverhältnisses ist dabei eng begrenzt, da nicht beliebig
viele Kettenräder oder Zahnkränze wegen mangelnder Elastizität der Kette und Platzschwierigkeiten
nebeneinander angeordnet werden können. Durch das Wechseln der Kette von einem zum
anderen Rad und der Verkantung der Kette dabei hat diese weiterhin einen unerwünscht
hohen Verschleiß. Auch kann nur in begrenztem Maße ein Kettenschutz angebracht werden.
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Es ist auch bekannt, bei einem Riementrieb durch Verschieben der seitlichen,
außenseitig entsprechend abgeschrägten Seitenflanken der Riemenscheiben zueinander
eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses zu bewirken. Dabei treten jedoch sehr
hohe Verstellkräfte auf, die einen aufwendigen Verstellmechanismus verursachen.
Darüber hinaus kann diese
Verstellung normalerweise nur bei formschlüssigen
Obertragungselementen benutzt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der geschilderten
Nachteile eine Getriebeanordnung, insbesondere einen Ketten- bzw. Riementrieb zu
schaffen, die bei geringem Raumbedarf und mit baulich einfachen Mitteln Obersetzungsverhältnisse
in einem weiten Bereich gestatten, bei dem eine Verstellung einfach durchgeführt
werden kann und nur geringe Kräfte für die Verstellung erforderlich sind und bei
dem sowohl formschlüssige als auch reibschüssige Obertragungselemente benutzt werden
können.
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Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der mit der Kette
bzw. dem Riemen in Wirkverbindung stehende Teil zumindest eines Rades in Sektoren
aufgeteilt ist, die zur Übersetzungsänderung entlang des jeweiligen Rades in einer
Ebene senkrecht zur Radachse unter Veränderung des Raddurchmessers positionsveränderbar
angeordnet sind. Da die Sektoren, die in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
radial zur Radachse positionsveränderbar sind, bei ihrer Verschiebung stets in einer
Ebene verbleiben, ist über den ganzen Übersetzungsbereich eine gute Führung und
Lagerung der Kette bzw. des Riemens gewährleistet. Die Kette wird somit stets in
derselben Ausrichtung über die Räder geführt und nur wenig mechanisch beansprucht,
so daß der Verschleiß vermindert wird. Bei einem erfindungsgemäßen Ketten-bzw. Riementrieb
ist ferner sichergestellt, daß beliebige Arten oder Ausführungen von Ketten oder
Riemen benutzt werden können. Eine baulich einfache und günstige Ausführungsform
stellt ein scheibenförmiges Bauteil dar, an dem entlang radial ausgerichtete Führungsnuten
die Sektoren verschoben werden. Eine andere Ausführungsform sieht zwei zueinander
parallele scheibenförmigc Bauteile mit Führungseinrichtungen beidseitig der Sektoren
vor. Es sei darauf hingewiesen, daß die Führungsnuten erfindungsgemäß
z.B.
auch bogen- oder spiralförmig oder schräg ausgeführt werden können, wenn dies zur
Veränderung der Verstellkräfte wünschenswert erscheint.
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Die Verstellung der Sektoren kann stufenlos und/oder aber auch schrittweise
erfolgen. Die schrittweise Verstellung erfolgt vorzugsweise bei Ketten und dabei
in dem Umfangsbereich, der nicht mit der Kette in Eingriff steht. Die Sektoren sind
am Rad oder der Scheibe arretiert und wurden nur für den Verstellvorgang aus der
Arretierung gelöst und in eine neue Arretierstellung überführt.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen,
in denen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung zum Teil vereinfacht dargestellt
sind. Es zeigen: Figur 1 eine Seitenansicht eines Kettentriebes für ein Fahrrad
in der geringsten Übersetzungsstufe, teilweise geschnitten.
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Figur 2 ein Kettentrieb gemäß Figur 1 in der maximalen Übersetzungsstufe,
teilweise geschnitten.
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Figur 3 eine teilweise Seitenansicht eines Antriebsrades gemäß der
Erfindung mit einer Verstelleinrichtung für die Sektoren.
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Figur 4 die Verstelleinrichtung gemäß Figur 3, wobei sich die Verstelleinrichtung
in einer Stellung zur Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses befindet.
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Figur 5 die Verstelleinrichtung gemäß Figur 3, wobei sich die Verstelleinrichtung
in einer Stellung zur Verringerung des Übersetzungsverhältnisses befindet.
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Figur 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
einer Verstelleinrichtung eines erfindungsgemäßen Getriebes a) in der Ilerunterschaltphase,
b) in der Ruhestellung, c) in der Heraufschaltphase.
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Figur 7a eine perspektivische Teilansicht eines Sektors eines Radteiles
im Eingriff mit einem Bolzen zwischen zwei Führungsscheiben.
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Figur 7b eine perspektivische Ansicht eines Sektors gemäß Figur 7a.
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Figur 7c ein Längsschnitt durch einen Sektor, der von einem federgelagerten
Bolzen durchgriffen wird.
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Figur 8a eine weitere, einfachere Ausführungsform einer Einrichtung
zur Positionsveränderung der Sektoren in Teilansicht.
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Figur 8b perspektivische Ansicht eines Sektors gemäß Figur 8a.
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Figur 9a eine weitere Ausführungsform einer Einrichtung zur Positionsveränderung
der Sektoren in Teilansicht.
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Figur 9b eines Aufsicht auf einen Sektor gemäß Figur 9a.
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Figur 9c eine Seitenansicht eines Sektors gemäß Figur 9b.
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In den Figuren 1 bis 7 ist beispielhaft ein Kettengetriebe für ein
Fahrrad dargestellt. Dieses besteht im wesentlichen aus einem Antriebsrad 1, einem
Abtriebsrad 2, einer Kette 3 sowie einer Spannvorrichtung 4 für die Kette 3.
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Das Antriebsrad 1 besteht aus einem Zahnrad 5, das auf einer Achse
6 drehbar geführt und durch entsprechende Elemente, (nicht dargestellt) in an sich
bekannter Weise gegen axiales Verrutschen gesichert ist und zwei zueinander parallelen
kreisringförmigen Führungsscheiben 7, 8, zwischen denen das Zahnrad 5 angeordnet
ist, wobei die Führungsscheiben 7, 8 ebenfalls auf der Achse, 6 aufsitzen. Die Führungsscheiben
7, 8 weisen acht radial verlaufende Führungsnuten 9 auf, die sich im Abstand vom
inneren Rand 7a, 8a bis vor den äußeren Rand 7b, 8b erstrecken und symmetrisch zueinander
verlaufen, wobei sich die Führungsnuten 9 in den Führungsscheiben 7, 8 unmittelbar
gegenüberliegen. Das Zahnrad 5 ist in acht gleich
große Sektoren
10 durch radiale Trennung aufgeteilt, wobei jeder trapezähnliche Sektor 10 auf seinen
den Führungsscheiben 7, 8 zugewandten Seiten mittig radial verlaufende Führungsnasen
bzw. Führungsansätze 11 aufweist, die in eine jeweils korrespondierende Führungsnut
9 der Führungsscheiben 7, 8 eingreifen, so daß die Sektoren 10 entlang der Führungsnuten
9 längsverschiebbar sind. Selbstverständlich können das Rad 5, 12 bzw. die Scheiben
7, 8 auch in mehr oder weniger Sektoren 10 aufgeteilt sein bzw. Führungsnuten 9
aufweisen.
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Wie insbesondere aus den Figuren 3 und i zu entnehmen ist, können
die Sektoren 10 vorzugsweise mittig Durchbohrungen 17 aufweisen, in denen Bolzen
18 mit einem Kreisringquerschnitt sitzen, die endseitig die Führungsscheiben 7,
8 im Bereich der Führungsnuten 9 durchgreifen und überragen, wozu letztere entsprechend
seitliche Ausbauchungen 19a, b zur Anpassung an die Querschnittsform der Bolzen
18 aufweisen, die im Eingriffsbereich mit den Sektoren 10 einen kleineren Durchmesser
aufweisen als im Eingriffsbereich mit den Führungsscheiben 7, 8.
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Zwischen der hinteren Fläche der Sektoren 10 und der Führungsscheibe
7 ist jeweils eine Spiralfeder 24 um den Bolzenschaft gelegt, die sich am erweiterten
Endbereich 18b des Boizens bzw.
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am Sektor 10 abstützt und den Bolzen 18 so in die Arretierstellung
drückt. Anstelle einer Feder 24 kann auch jedes andere Druckelement, beispielsweise
eine elastische Gummihülse verwendet werden. Die Ausbauchungen 19a, b sind im Abstand
zueinander über die gesamte Länge der Führungsnuten 9 angeordnet, wobei der Abstand
zwischen den einzelnen Ausbauchungen 19a, b, derart gewählt ist, daß auch bei Zwischenpositionen,
in denen die einzelnen Sektoren 10 einen Abstand zueinander aufweisen, der Abstand
der jeweils benachbarten Zähne 5a zweier Sektoren 10, einem ganzzahligen Vielfachen
der Kettenöffnungen einer über die Sektoren 10 geführten Kette 3 entspricht. Bei
einem Keilriemenantrieb kann dagegen jeder beliebige Abstand gewählt werden.
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Es können auch jeweils zwei Bolzen 18 oder mehr pro Sektor 10 vorgesehen
werden, um die Arretierung der Sektoren 10 entlang der Führungsnuten 9 zu verbessern,
sofern dies notwendig erscheint, wobei die Bolzen 18 bzw..die entsprechenden Durchbohrungen
17 ebenfalls radial zur Radachse 6 nebeneinander angeordnet sind. Anstelle von Bolzen
können beispielsweise auch Gleitbacken vorgesehen werden.
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Die innerste Position der Sektoren 10 entspricht einer Anordnung,
bei der die einzelnen Sektoren 10 unmittelbar gegeneinander liegen und ein einheitliches
Zahnrad 5 mit durchgehender Oberfläche aufweisen (Figur 1). In der äußersten Stellung
am äußeren Ende der Führungsnuten 9, in die die Sektoren 10 durch Verschieben entlang
den Führungsnuten 9 geführt werden, weisen die Sektoren 10 den größten Abstand zueinander
auf (Figur 2).
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Im Abstand zum Antriebsrad 1 ist mit diesem fluchtend, das ebenfalls
als Zahnrad 12 ausgebildete Abtriebsrad 2 angeordnet, das gemäß dem Ausführungsbeispiel
einen Durchmesser aufweist, der dem des Zahnrades 5 in der innersten Position der
Sektoren 10 in den Führungsnuten 9 gemäß Figur 1 entspricht. Das Abtriebsrad 2 ist
ebenfalls auf einer Achse 13 drehbar gelagert.
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Zwischen Antriebsrad 1 und Abtriebsrad 2 sind zwei Spannrollen 15,
16 im Abstand zueinander fluchtend mit den Zahnrädern 5, 12 angeordnet, wobei gemäß
dem Ausführungsbeispiel die Spannrolle 15 auf einem an sich bekannten, nicht dargestellten
Druckelement, beispielsweise einer Drehfeder gelagert ist, die die Spannrolle 15
gegen die um die An- bzw. Abtriebsrollen 1, 2 sowie die Spannrollen 15, 16 schlingenförmig
geführte Kette 3 drückt und diese auf einen vorgegebenen Spannungszustand einstellt,
wobei die Spannrolle 15 bei Veränderung des Spannungszustandes der Kette 3 diesen
durch entsprechende Verschiebung in Pfeilrichtung ausgleicht (Figur 1).
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Während das Abtriebsrad 2 beispielsweise an der Achse eines Hinterrades
eines Fahrrades angeflanscht ist, können das Antriebsrad 1 beispielsweise auf einer
Pedalachse und die Spannrollen 15, 16 auf einem Rahmensteg 14 des Fahrrades angeordnet
werden (nicht dargestellt).
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Am etwa horizontal verlaufenden Rahmensteg 14 des Fahrrades ist ferner
ein Satz von Führungselementen 20 vom Bereich des inneren Randes 7a, 8a der Scheiben
7, 8 in Richtung auf das Abtriebsrad 2 angeordnet, wobei die einzelnen Führungselemente
20 einen jeweils gleichen Abstand zueinander aufweisen (Fig. 3-5). Die Führungselemente
20 sind, schaufelförmig ausgebildet und stehen senkrecht vom Rahmensteg ab, und
sind an ihrem unteren Ende drehbar, jedoch ortsfest gelagert. Am oberen Ende sind
alle Führungselemente 20 über ein etwa parallel zum Rahmensteg verlaufendes, an
diesem befestigtes Gestänge 21 gelenkig verbunden, welches eine gemeinsame Verstellung
aller Führungselemente 20 bewirkt. Am linken freien Endbereich des Gestänges 21
ist an dessen Verlängerung ein Bedienungselement 22 zum Betätigen des Gestänges
21 vorgesehen. Die Figuren 4 und 5 zeigen die jeweiligen Endstellungen des Gestänges
21 bzw. der Führungselemente 20.
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Der Ausschlag der Verschwenkung der Führungselemente 20 aus ihrer
Stellung von Figur 3 in Figur 4 oder Figur 5 entspricht dabei dem Abstand zwischen
zwei Führungselementen 20 der seinerseits wieder dem Durchmesser des Bolzens 18
angepaßt ist. Die Krümmung der Führungselemente 20 ist von außen nach innen entsprechend
einem kleineren Raddurchmesser kontinuierlich kleiner gewählt.
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Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Verstelleinrichtung
eines erfindungsgemäßen Getriebes, mit der die Sektoren 10 nacheinander während
einer kompletten Radumdrehung in eine neue Position übergeführt werden können.
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Diese besteht aus zwei Führungselementen 26, 27, die entsprechend
den Führungselementen 20 befestigt sind und über eine Raster schiene (nicht dargestellt)
zwischen einer Position am inneren Rand 7a, 8a er Scheiben 7, 8 in Richtung
auf
das Abtriebsrad 2 verschiebbar sind. Die Führungselemente 26, 27 weisen außenseitig
Schrägen 26a, 27a, die zur Mitte der Führungselemente 26,27 hin ansteigen und im
Mittelbereich gegeneinander gerichtete Verstellkurven 26b, 27b auf, die die Schrägen
26a, 27a nach oben überragen. Dabei dienen die Schrägen 26a, 27a dazu, die Bolzen
18 aus der Arretierung zu lösen, in dem diese auf die Schrägen aufgleiten, während
die Verstellkurven 26b, 27b für eine seitliche Verschiebung der Bolzen 18 sorgen
und diese in die nächstgelegene innere bzw. äußere Arretierstufe überführen.
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Die Funktionsweise eines Kettentriebes gemäß den Figuren 1 bis 7 ist
folgende: Durch Treten einer auf der Achse 6 angeordneten Fahrradpedale (nicht dargestellt)
wird das Antriebsrad 1 in Bewegung gesetzt und gleichzeitig das Abtriebsrad 2 über
die Kette 3 mitgeführt, wobei das Drehmoment des Abtriebsrades 2 vom Übersetzungsverhältnis
zwischen Antriebs rad 1 und Abtriebsrad 2 abhängig ist. Bei normalem, kontinuierlichem
Obersetzungsverhältnis befinden sich die Führungselemente 20 bzw. 26, 27 in einer
Position gemäß den Figuren 3 und 6b, bei der die Bolzen 18, die die Sektoren 10
symmetrisch zur Achse 6 im Abstand zu dieser in den Führungsnuten 9 bzw. den Ausbauchungen
19a, b halten,frei und ungehindert durch jeweils zwei Führungselemente 20 bzw. 26,
27 hindurchgeführt werden. Figur 6a zeigt demgegenüber eine Stellung der Führungselemente
26, 27, bei der die überragenden Enden der Bolzen 18 auf die Schräge 26a des Führungselementes
26 auflaufen, dabei aus der Arretierung in den Ausbauchungen 19a, b der Führungsscheiben
7, 8 gedrückt bzw. gezogen werden und sich dann entlang der Verstellkurve 26L in
Richtung auf die Achse 6 bewegen, wo sie in die nächstgelegene innere Ausbauchung
19a, b durch die Federn 24 gedrückt und wieder arretiert werden.
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Nach einer vollen Radumdrehung sind alle Sektoren 10 auf gleiche Weise
in die neue Position überführt worden und die Führur.selemente 20 sind entweder
mechanisch oder automatisch in die Ausgangsstellung gemäß Figur 3 zurückgeführt
während die Führungselemente 26, 27 gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 6 in
unveränderter Position bleiben können und die Bolzen 18 bei der nächsten Radumdrehung
zwischen ihnen frei durchgeführt werden. Das Übersetzungsverhältnis ist dann um
eine Stufe (entsprechend dem Abstand zweier Ausbauchungen 19a, b) durch Verringerung
des Durchmessers des Zahnradteils 5 verringert worden. In Figur 6c ist derumgekehrte
Fall dargestellt, bei dem das Übersetzungsverhältnis erhöht wird, wozu die Sektoren
10 entlang den Nuten 9 weiter nach außen verschoben werden. Hierzu werden die Führungselemente
26, 27 verschoben, wobei die Bolzen 18 auf die Schräge 26b auflaufen, dabei gleichzeitig
aus den Arretierungen der Ausbauchungen 19a, b gelöst werden und nach dem Aufgleiten
durch die Verstellkurve 27b zwangsweise nach außen bis in die nächste Arretierstufe
gedrückt werden, wo sie in die entsprechenden Ausbauchungen 19a, b eingreifen und
wiederum arretiert werden.
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Nachdem alle Segmente in entsprechender Weise verschoben worden sind,
ist der Übersetzungsvorgang abgeschlossen.
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Indem die Führungselemente 26, 27 auf der Rasterschiene weiter geführt
werden, kann sich an den vorgeschriebenen Verstellvorgang unmittelbar ein neuer
anschließen. Bei einer Verstelleinrichtung gemäß den Figuren 3 bis 5 ist es hierzu
lediglich erforderlich, die über das Gestänge 21 miteinander verbundenen Führungslemente
20 in der jeweils zuvor eingestellten Position zu belassen, sofern diese einer Verstellmöglichkeit
in eine neue Arretierstufe entspricht.
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In Figur 8 ist eine besonders einfache Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Kettentriebes ausschnittsweise dargestellt.
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Die Zahnkranzsektoren 10 weisen dabei zwei auf einer radialen Linie
nebeneinander angeordnete Bohrungen auf, in die Stifte 31 eingreifen, die durch
korrespondierende Durchbohrungen 30 in den Scheiben 7, 8 ragen und endseitig, beispielsweise
durch Flügelmuttern (nicht dargestellt) gegen axiales Verrutschen gesichert sind.
Zum Versetzen der Sektoren 10 werden dann die Stifte 31 herausgezogen, der jweilige
Sektor 10 versetzt und in der neuen Position durch die Stifte 31 bzw.
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die Flügelmuttern wiederum arretiert. In gleicher Weise können die
übrigen Sektoren in ihrer Position verändert und damit der Radius des betreffenden
Rades bzw. des Obersetzungs-(Untersetzungsverhältnis) verändert werden.
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Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Einrichtung zur Positionsveränderung der Sektoren 10.
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Hierbei sind radial verlaufende Gleitbacken 33a, b mittig auf die
Sektoren 10 beidseitig aufgesetzt, wobei durch die Glackbacke 33a mittig eine Gewindebohrung
34 ebenfalls radial verläuft, in die eine Spindel 35 eingesetzt ist. Am inneren,
der Achse 6 zugewandten Endbereich der Spindel ist diese mit einem Ritzel 36 versehen,
während an beiden Enden der Spindel 35 Zapfen 37 angeordnet sind, mit denen die
Spindel 35 im Antriebsrad 1 lagert. Die Spindel 35 kann beispielsweise entlang einer
Führungsnut 9 angeordnet werden, wobei das Ritzel 36 außenseitig über die Führungsscheiben
7, 8 hinausragt. Um die Sektoren 10 entlang den Spindeln 35 zu verschieben, kann
beispielsweise eine gleichfalls auf der Achse 6 gelagerte Antriebsscheibe gegen
die Umfangsfläche der Ritzel 36 geführt werden, die entsprechend ihrer jeweiligen
Drehrichtung die Spindeln dreht und eine Verschiebung der Sektoren 10 entlang den
Spindeln 35 nach außen bzw. nach innen bewirkt.
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Auf diese Weise können gleichzeitig alle an einem Rad angeordnete
Spindeln 35 betätigt werden, wodurch eine stufenlose kontinuierliche Übersetzungsänderung
eines derartigen Getriebes gegeben ist.
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Mit der Erfindung ist es gelungen, ein Ketten- bzw. Riementrieb zu
Verfügung zu stellen, der konstruktiv sehr einfach ist und gleichzeitig wenig Platz
in Anspruch nimmt, wobei die Übersetzungsverhältnisse trotzdem in einem weiten Bereich
variiert werden können. Selbstverständlich können mit einem erfindungsgemäßen Getriebe
auch Untersetzungsverhältnisse hergestellt werden. Da die Kette nicht mehr über
mehrere, seitlich nebeneinander angeordnete Zahnräder zu klettern braucht, wird
sie weniger stark beansprucht und der Verschleiß wesentlich vermindert. Weil ein
seitliches Klettern über mehrere Zahnkränze vermieden werden kann, ist es möglich,
bei einem erfindungsgemäßen Riementrieb Kunststoffriemen zu verwenden, welcher leichter,
preiswerter und sauberer ist, weil er nicht geschmiert werden braucht. Die Kette
kann leicht in einem geschlossenen Kasten untergebracht werden, weil die seitliche
Verschiebung entfällt. Die Vorzüge eines Kettenkastens sind bekannt, konnten aber
bei den herkömmlichen Ketten- bzw. Riementrieben aus Platzgründen nicht verwendet
werden. Erfindungsgemäß können selbstverständlich auch Antriebs- bzw. Abtriebsräder
verwendet werden, die keine Kreisringform aufweisen, sofern dies bestimmte Einsatzbedingungen
erfordern.
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Ein erfindungsgemäßer Ketten- bzw. Riementrieb kann selbstverständlich
für die unterschiedlichsten Anwendungszwecke benutzt werden. Besonders vorteilhaft
ist jedoch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Ketten- bzw. Riementriebs beispielsweise
bei Fahrrädern, Mofas, Mopeds oder dergleichen, ferner bei Kettenzügen oder Antriebsaggregaten
im Maschinenbau. Die Variabilität des Übersetzungsbereiches kann zusätzlich dadurch
erhöht werden, daß sowohl am Antriebswie auch am Abtriebsrad die mit der Kette bzw.
dem Riemen in Wirkverbindung stehenden Teile des Rades in Sektoren
aufgeteilt
sind. Sofern nur ein Rad in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet werden soll,
wird dies vorzugsweise am Antriebsrad durchgeführt. Zur Geräuschverminderung beim
Betrieb des Getriebes können die einzelnen Bauteile teilweise oder vollständig beispielsweise
mit einer Kunststoffauflage versehen werden.
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