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Getriebe mit vielen Übersetzungsverhältnissen
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Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe mit vielen
übersetzungsverhältnissen, besonders zur Anwendung bei Fahrrädern, Motorrädern,
Autogetrieben und anderen Arten von Apparaten, bei welchen ein Getriebe mit vielen
Übersetzungsverhältnissen benötigt wird.
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In vielen Anwendungsfällen, wie etwa bei Fahrrädern, sind Getriebe
mit vielen Ubersetzungsverhältnissen erwünscht. In der Vergangenheit waren Getriebe
mit vielen Übersetzungsverhältnissen entweder in der Zahl der erreichbaren übersetzungsverhältnisse
begrenzt, zehn oder :-rft-ehn Gänge bef Kahrrädein, oder, wenn die Getriebe unbegrenzt
variabel waren, wie etwa Getriebe, welche im Abstand zueinander angeordnete Kegel
verwenden, beanspruchten sie ein relativ großes Volumen und waren deshalb für gewisse
Verwendungszwecke unpraktisch, oder die Getriebe waren so komplex, daß sie deshalb
unpraktisch waren.
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In der US-A-1 428 999 ist ein Getriebe mit vielen Ubersetzungsverhältnissen
offenbart, bei welchem zwei Kettenräder mittels einer flexiblen Kette verbunden
sind, die aus Zwischengliedern gebildet ist, die mit Elementen in Eingriff stehen,
welche sich einzeln aus einem der Kettenräder erstrecken. Die Elemente werden mittels
einer komplizierten mechanischen Anordnung in ihre Eingriffsposition mit der Kette
und aus dieser heraus bewegt, wo-
bei die mechanische Anordnung
eine Drehung der Elemente um ihre eigenen Achsen erfordert, wenn sich diese axial
von einer zurückgezogenen in eine ausgestreckte Position bewegen und ebenso, wenn
das Kettenrad, das diese trägt, sich dreht. Solch eine Anordnung ist unhandlich
und wegen der Reibung, die durch die Bewegung und Drehung der Elemente hervorgerufen
wird, dem Verschleiß unterworfen.
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Die vorliegende Erfindung sieht ein Getriebe mit vielen Übersetzungsverhältnissen
vor, welches ein erstes und ein zweites Kettenrad umfaßt, ein endloses flexibles
Bauteil, welches zur Ubertragungsbewegung mit den Kettenrädern zusammenwirken kann,
eine Vielzahl von Öffnungen in dem ersten Kettenrad, die in konzentrischen Reihen
angeordnet sind, Je einen in jeder Öffnung angeordneten Stift, und eine Einrichtung
zum Verschieben jedes Stiftes zwischen einer zurückgezogenen und einer ausgestreckten
Position, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verschiebeeinrichtung die
Stifte nur in axialer Richtung verschiebt, und daß die Stifte und das Kettenrad
sich zusammen als eine Einheit drehen.
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Die Erfindung sieht ferner ein Kettenrad mit variablem Durchmesser
vor, welches ein scheibenförmiges Teil umfaßt, in welchem eine Vielzahl von konzentrischen
Reihen von Löchern vorgesehen sind, axial verschiebbare Stifte in den Löchern, und
eine Einrichtung zum einzelnen Verschieben der Stifte, um die Stifte bestimmter
Reihen zwischen zurückgezogenen Positionen und ausgestreckten Positionen in dem
scheibenförmigen Teil zu bewegen, wobei sie von dem scheibenförmigen Teil nach außen
um einen größeren Betrag vorstehen, als wenn sie in den zurückgezogenen Positionen
sind, und welches dadurch -cenrzeichnet ist,
daß es fernerhin eine
Einrichtung zum Lagern der axial verschiebbaren Stifte zur Drehung mit dem scheibenförmigen
Teil umfaßt, ohne daß eine Drehung um ihre eigenen Achsen erfolgt, wenn sich das
scheibenförmige Teil dreht, und daß die Bewegungseinrichtung die Stifte im wesentlichen
nur in ihrer axialen Richtung bewegt.
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Die Erfindung sieht weiterhin ein Getriebe mit vielen übersetzungsverhältnissen
vor, welches zwei Kettenräder umfaßt, von denen jedes mit einer endlosen Kette in
Eingriff bringbar ist, eine Vielzahl von Öffnungen in mindestens einem der Kettenräder,
welche eine Serie von konzentrischen Ringen von Öffnungen bilden, Stifte, die bewegbar
in den Öffnungen gelagert sind, und eine Einrichtung zur Verschiebung der Stifte
in wenigstens einem der Ringe, so daß sie aus dem Kettenrad hervorstehen und mit
der Kette in Eingriff sind, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebeeinrichtung
und die Stifte magnetisch zusammenwirken, um die Stifte axial ausschließlich zwischen
ausgestreckten und zurückgezogenen Postionen zu bewegen.
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Es soll erwähnt werden, daß das oben beschriebene Getriebe und die
Kettenräder in vorteilhafter Weise eine große Anzahl an Übersetzungsverhältnissen
mittels einer einfachen Konstruktion ermöglichen, welche auch dazu verwendet werden
kann, bestehende Einrichtungen umzuändern.
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Ir. folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.
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Dabei zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht eines mit dem rindunqsmäßen
Getriebe ausgerüsteten Fahrrads;
Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht
des Getriebes von Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 von Fig.
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2, welcher die Befestigung des Verschiebemechanismus an der Gabel
des Fahrrads darstellt; Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 von Fig.
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2, welcher den Verschiebemechanismus in Verbindung mit dem die Stifte
tragenden Kettenrad zeigt; Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung eines Stiftes und
des Kettenradmechanismus, wie in Fig. 4 markiert; Fig. 6 eine Seitenansicht eines
Teils des Kettenrades mit einer Vielzahl von konzentrischen Stift-Öffnungen; Fig.
7 eine Seitenansicht eines Teils der Kette, welche die Stifte in einem Kettenrad
umfaßt; Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie 8-8 von Fig. 7; Fig. 9 einen Teilschnitt
ähnlich Fig. 4, aber mit einer anderen Ausführungsform des Verschiebemechanismus
und des Kettenrades, welche zum Zwecke der Verschiebung Magnete verwendet; Fig.
9A einen ähnlichen Verschiebemechanismus wie in Fig. 9, aber unter der Verwendung
von Elektromagneten zur Bewirkung der Verschiebung;
Fig. 10 einen
Teilschnitt ähnlich Fig. 9, aber mit modifiziertem VersehieteSecharçismus und Kettenrad,
welche zur Verschiebung der Stifte einen mechanischen Kontakt verwenden; Fig. 11
eine vergrößerte Ansicht des eingekreisten Teils von Fig. 10; Fig. 12 eine Draufsicht
auf ein modifiziertes Getriebe mit vielen Übersetzungsverhältnissen, welches zwei
große Kettenräder verwendet, die in der Lage sind ungefähr 161 verschiedene Gänge
vorzusehen; gestrichelt ist die Hinterradgabel des Fahrrads dargestellt, relativ
zu der das Getriebe gelagert ist; Fig. 13 einen Schritt entlang der Linie 13-13
viil Fig. 12, welcher eine Hinterachsen- und Getriebekonstruktion darstellt, die
die Befestigung eines großen Kettenrades an einem Fahrrad mit einer konventionellen
Hinterradgabel gestattet; Fig. 14 einen Teilschnitt ähnlich Fig. 5, aber mit einer
modifizierten Stiftkonstruktion; Fig. 15 einen Teilschnitt entlang der Linie 15-15
von Fig. 14, der eine O-Ringkonstruktion des Stiftes zum Halten des Stiftes in der
Position, in welche er bewegt worden ist, zeigt; Fig. 16 die Seitenansicht des hinteren
Kettenrades eines konventionellen 10-Gang-Fahrrades;
Fig. 17 einen
Schnitt entlang der Linie 17-17 von Fig. 16; Fig. 18 eine Seitenansicht entlang
der Linie 18-18 von Fig. 19, welche ein kleines, Stifte tragendes Kettenrad darstellt,
das auf der Hinterradnabe eines konventionellen 10-Gang-Fahrrades als Ersatz von
5 konventionellen Kettenrädern angebracht ist; Fig. 19 einen Teilschnitt entlang
der Linie 19-19 von Fig. 18; Fig. 20 eine Seitenansicht einer modifizierten Ausführungsform
eines Stifte tragenden Kettenrades, bei welchem die das Pedal tragende Tretkurbel
einstückig mit dem Kettenrad gegossen ist; Fig. 21 eine schematische Darstellung,
in welcher die Kette hervorstehende Stifte urrgreift, ¢;elekne einen Kreis relativ
kleinen Durchmessers bilden; Fig. 22 eine Ansicht ähnlich Fig. 21, welche den über
gang zeigt, wenn die Kette in Eingriff mit einem größeren Kreis von Stiften kommt,
während sie mit dem kleineren Kreis von Stiften in Eingriff bleibt; Fig. 23 eine
Ansicht ähnlich Fig. 22, welche einen weiteren Schritt in dem Übergangsvorgang zeigt;
Fig. 24 eine Ansicht ähnlich Fig. 23, wobei die Kette
nach Beendigung
des Übergangs mit dem größeren Kreis von Stiften in Eingriff steht; Fig. 25 eine
Ansicht ähnlich der Fig. 24, wobei der Verschiebemechanismus bewegt wurde, um die
Stifte des kleineren Kreises hervorzubewegen und die Stifte des größeren Kreises
fortschreitend zurückzuziehen; Fig. 26 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 25, wobei
die Kette beginnt, mit den Stiften des kleineren Kreises in Eingriff zu kommen,
während sie mit den Stiften des größeren Kreises in Eingriff bleibt; Fig. 27 eine
Ansicht ähnlich der Fig. 26, welche einen weiteren Schritt im Übergang zeigt, wenn
sich die Kette auf dem kleineren Durchmesserkreis von Stiften bewegt; und Fig. 28
eine Ansicht ähnlich der Fig. 27, wobei die Kette voll im Eingriff mit dem kleineren
Durchmesserkreis von Stiften ist.
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In Fig. 1 ist ein Getriebe mit vielen übersetzungsverhältnissen dargestellt,
welchesaneinern Fahrrad 11 befestigt ist. Es soll jedoch festgestellt werden, daß
das erfindungsgemäße Getriebe auch in anderen Anwendungsformen verwendet werden
kann, wie etwa bei Motorrädern, !Üfl.r-I ihre oder in jeder anderen Anwendung, bei
welcher variable Getriebeübersetzungsverhältnisse benötigt werden.
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Das Getriebe 10 umfaßt ein Kettenrad 12, welches Stifte
trägt
und an der Welle 13 befestigt ist, welche drehbar in der Nabe 14 gelagert ist (Fig.
4), die im Schnittpunkt der Rahmenteile 15 und 16 angeordnet ist. Die Tretkurbeln
17 und 19 sind mit der Welle 13 in geeigneter Weise nichtdrehbar verbunden. Das
Kettenrad 12 und die Tretkurbeln 17 und 19 können ein konventionelles Kettenrad
und dessen Tretkurbeln an einem bestehenden Fahrrad ersetzen.
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Bei einer Drehung der Tretkurbeln 17 und 19 in konventioneller Weise
wird das die Stifte tragende Kettenrad 12 ebenfalls gedreht. Anstelle eines konventionellen
5-rädrigen Kettenrades (Fig. 16 und 17), welches normalerweise an der Hinterradwelle
eines 10-Gang-Rades befestigt ist, ist an der Welle 21 ein zweites, Stifte tragendes
Kettenrad 20 befestigt (Fig. 2 und 19). Die konventionelle Ausbildung ist in Fig.
17 dargestellt, bei welcher eine Kupplung für eine Richtung 22 auf einen vergrößerten
Teil 23 der Welle 21 aufgeschraubt ist. Die Kupplung für eine Richtung 22 kann ein
allgemein bekannter "Freilauf" sein, welcher sperrt, wenn die Welle 21 in Uhrzeigerrichtung
in Fig. 2 angetrieben wird, welche aber frei läuft, wenn die Kettenräder entgegen
dem Uhrzeigersinn angetrieben werden. Die konventionelle Kettenradanordnung, die
in Fig. 17 dargestellt ist, umfaßt die Kettenräder 25, 26, 27, 29 und 30. Die Kettenräder
25, 26 und 27 sind auf die vergrößerte Oberfläche 31 des Freilaufs 22 aufgeschoben
und dort in geeigneter Weise verriegelt. Die Abstandsstücke 32 und 33 sind zwischen
den Kettenrädern wie gezeigt angeordnet, ein Ansatz 34 verhindert, daß das Kettenrad
25 sich nach rechts bewegt (Fig. 17). Ein Abstandshalter 35 grenzt an das Kettenrad
27 und an den Absatz 36'. t)ie Kettenräder 29 und 30 sind auf den reduzierten Teil
36 bei 37 aufgeschraubt, um die fünf Kettenräder in der Position zu verriegeln.
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Um das Kettenrad 20 auf der Welle 21 zu befestigten (Fig.
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2 und 19), werden die Kettenräder 29 und 30 abgeschraubt und anschließend
die Kettenräder 27, 26 und 25 von der Oberfläche 21 heruntergeschoben. Dann wird
das die Stifte tragende Kettenrad 20 auf den reduzierten Teil 36 aufgeschraubt.
Der Freilauf 22 funktioniert daher in der selben Art und Weise wie bei einem konventionellen
10-Gang-Fahrrad, das die Stifte tragende Kettenrad 20 kann dazu benützt werden,
um die Spezialkette 40 aufzunehmen (Fig.
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2, 7 und 8), welche die Stifte tragenden Kettenräder 12 und 20 umfaßt,
um einen Antrieb zwischen diesen beiden herzustellen.
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Wie in Fig. 19 dargestellt, hat das Kettenrad 20 drei konzentrische
kreisförmige Reihen von Löchern 100, 101 und 102 in der Scheibe 103'. In der Scheibe
104", welche in einem Abstand von der Scheibe 103' angeordnet ist, sind drei korrespondierende
Reihen von Löchern 100', 101' } 10t' (Fig. 18) fluchtend argeordnet. Die innerste
Reihe v(r til'-ter. 106' ist fest in der mit dem kleinsten Durchnl*sser verçehnel-,
Lochreihe 102-102' gelagert. Zur Verwendung des Kettenrades 20 kann eine konventionelle
Hinterrad-Kettenradkonstruktion, wie in Fig. 17 gezeigt, durch das erfindungsgemäße
Getriebe ersetzt werden. Die Stifte 104' und 105' in ien Reihen 100 und 101 können
jeweils mittels eines Verschiebers verschoben werden, wie anschließend in Verbindung
mit den Fig. 2, 4, 12, 18 beschrieben ist, oder in einer der anderen Figuren, die
einen Verschieber zeigen. Der Durchmesser der herausragenden Stiftreihe des Kettenrades
20 bestimmt das übersetzungsverhältnis, welches zwischen diesem und den veränderbaren
Reihen von Stiften in dem Kettenrad 12 zur Verfügung steht. Ein typischer Durchmesser
der Stifte in der äußeren Reihe 100
ist 9 cm; ein typischer äußerer
Durchmesser der Reihe 101 ist 7,5 cm und ein typischer Durchmesser der Reihe 102
ist 6 cm. An der Außenseite der Scheibe 104" ist eine geeignete runde Platte 107'
befestigt (Fig. 19), um die Bewegung der Stifte 104' und 105' nach links in Fig.
19 zu begrenzen. In geeigneter Weise ist eine Platte 108' an der Scheibe 103' befestigt,
um den Betrag der Bewegung der Stifte 104' und 105' nach rechts in Fig. 19 zu begrenzen.
Die Stifte 104' und 105' sind aus demselben Material hergestellt, wie die Stifte,
welche von dem Kettenrad 12, wie anschließend beschrieben, getragen werden.
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An den Scheiben 108'.und 107' sind jeweilsMetallstifte 97' und 99'
befestigt, um die Stifte in den Positionen zu halten, in welche sie zuletzt durch
den Verschiebemechanismus gebracht wurden. Die Stifte 97" erfüllen diese Funktion
in derselben Weise wie die Stifte 97' und 99', wie anschließend in Verbindung mit
Fig. 5 beschrieben.
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Das Stifte tragende Kettenrad 12 umfaßt eine Hauptscheibe 41 (Fig.
5 und 6), welche eine Vielzahl von konzentrischen kreisförmigen Reihen von Löchern
zur Aufnahme von Stiften aufweist. Bei diesem Beispiel umfaßt die innerste Reihe
42 zwölf Löcher, jede nach außen nachfolgende Reihe weist vier weitere Löcher auf.
Folglich hat die Reihe 43 sechzehn Löcher, die Reihe 44 zwanzig Löcher, die Reihe
45 vierundzwanzig Löcher, die Reihe 46 achtundzwanzigLöcher, die Reihe 47 zweiunddreißig
Löcher, die Reihe 49 sechsunddreißig Löcher, die Reihe 50 vierzig Löcher, die Reihe
51 vierundvierzig Löcher, die Reihe 52 achtundvierzig Löcher, die Reihe 53 zweiundfünfzig
Löcher, die Reihe 55 sechsundfünfzig Löcher, die Reihe 55 sechzig Löcher, die Reihe
56 vierundsechzig Löcher und die Reihe 57 achtundsechzig Löcher. Die innerste Reihe
von Löchern 62'
nimmt Schrauben 62 auf. Die äußerste Reihe 57 weist
einen äußeren Durchmesser von 26 cm auf, jede nachfolgende ist 0,8 cm geringer im
äußeren Durchmesser als die vorhergehende Reihe, so daß die innere Reihe 42 einen
äußeren Durchmesser von 14 cm aufweist. Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt, ist
eine äußere kreisförmige Platte 60 mittels Abstandshaltern 61 in einem Abstand zur
Platte 41 angeordnet, wobei die Platte 60 mit der Platte 41 mittels der Schrauben
62 verbunden ist. Die Platte 60 weist die gleiche Anzahl von konzentrischen Reihen
von Löchern auf wie die Hauptscheibe 41, jedes der Löcher in der Platte 60 fluchtet
mit einem entsprechenden Stifte tragenden Loch in der Platte oder Scheibe 41. Die
Reihen von Löchern in der Platte 60 sind durch mit ' versehenen Nummern bezeichnet,
welche mit den Nummern der Scheibe 41 korrespondieren. Jedes der Löcher in der Scheibe
41 umfaßt einen zylindrischen Metallstift 63. !;.tal lerweise sind diese Stifte
in einer zurückgezogenen Position, wie durch die Nummer 63' in Fig. 5 dargestellt.
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Eine Reihe von Stiften, bezeichnet durch die Nummer 63", ist in einer
ausgestreckten Position, in welcher diese den Abstand 64 zwischen den Scheiben 41
und 60 überbrükken. Wie anschließend beschrieben wird, werden die Stifte, die auf
geringeren Durchmessern liegen, als die ausgestreckte Reihe von Stiften, welche
in Eingriff mit der Kette steht, in einer ausgestreckten Position bleiben. je stören
das Zusammenwirken zwischen der Kette und der äußeren Reihe von Stiften, die in
einer ausgestreckten Position sind, nicht. Die Stifte 63 weisen einen Durchmesser
von 0,728 cm auf und die Löcher haben einen Durchmesser von 0,739 cm. Die Kette
40 steht in Eingriff mit den äußersten Seiten der ausgestreckten Reihe von Stiften.
Das übersetzungsverhältnis wird durch die jeweilige Reihe von
Stiften,
die in der ausgestreckten Position ist, bestimmt.
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Es kann leicht eingesehen werden, daß, wenn ein Stift eine ausgestreckte
Position einnimmt, wie mit 63" in Fig. 5 gezeigt, das äußere Ende 65 des Stiftes
von der Öffnung 66 der die Stifte aufnehmenden Scheibe 60 aufgenommen wird und somit
ein Ende eines ausgestreckten Stiftes, wie etwa 63" in der Öffnung 66 gelagert ist,
und das andere Ende bei Nummer 67 in der Öffnung 69, aus welcher es hervorsteht,
gelagert ist.
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Um eine einzelne Reihe von Stiften hervorzustrecken, während der Rest
außerhalb dieser Reihe in einer zurückgezogenen Position verbleibt, in welcher diese
den Abstand 64 nicht überbrücken, ist ein Verschiebemechanismus 70 vorgesehen (Fig.
2, 3 und 4). Der Verschiebemechanismus umfaßt ein Paar klammerartiger Blöcke 71
und 72, welche mittels Schrauben 74 auf der hinteren Gabel 73 befestigt sind. An
dem Block 72 ist ein Führungsblock 75 mittels einer Vielzahl von Schrauben 76 befestigt.
Ein verschiebbares Bauteil 77 ist zur verschiebbaren Bewegung in dem Schlitz 79
des Blocks 75 mittels der Keilfedern 80 und 81, welche in den Nuten 82 und 83 laufen,
geführt. Ein zweiter Block 84 ist mittels Schrauben 86 an dem Block 85 befestigt,
und der Block 85 ist mittels Schrauben 87 an dem Bauteil 77 befestigt. Deshalb bewegen
sich die verschiebbaren Bauteile 77 und 84 gemeinsam. Die exakte Position des Bauteils
77 in der Nut 79 wird mittels eines Bowden-Zuges 89 bestimmt, dessen Hauptteil an
dem Rahmenteil 15 befestigt ist und dessen eines Ende durch einen Bedienungshebel
90 begrenzt wird, und dessen anderes Ende mit dem verschiebbaren Bauteil 77 befestigt
ist. Es kann aber auch jede andere Art von Kabelverbindung benützt werden. Durch
eine Betätigung des Hebels 90 wird das ver-
schiebbare Bauteil
77 und das daran befestigte Bauteil 84 rückwärts und vorwärts in Richtung der Pfeile
91 und 95 bewegt.
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Jeder der Stifte 63 weist einen Magneten auf, welcher wie eingezeichnet
einen Nord- und einen Südpol hat (Fig.
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5). In dem verschiebbaren Bauteil 77 ist ein Magnet 92 untergebracht,
dessen Nord- und Südpole ebenfalls eingezeichnet sind. Am Ende des verschiebbaren
Bauteils 84 ist ein Magnet 93 gelagert, dessen Nord- und Südpol wie bezeichnet orientiert
sind. Immer wenn die verschiebbaren Bauteile 77 und 84 in Richtung des Pfeils 95
von Fig.
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4 bewegt werden, werden alle Stifte 63 nach links zu dem Ende 96 des
verschiebbaren Bauteils 77 axial in eine zurückgezogene Position in der Scheibe
41 gezogen (Fig. 5), während ren die Stifte der Reihe 63", die mit dem Magnet 93
flucI.'tc't in eine ausgestreckte Position gezogen werden. Die Stifte bewegen sich
nur axial, ohne eine Drehung. Die Reihen von Stiften mit einem geringeren Durchmesser
als die Reihe, die mit dem Magnet 93 fluchtet, verbleiben in ihrer ausgestreckten
Position, wobei sie jedoch die Kette nicht stören, da sie innerhalb dieser liegen.
Die Scheiben 41 und 60 sind aus irgendeinem geeigneten Material, wie etwa nststQft,Aluminium
oder einem geeigneten Stahl hergestellt, welcher die oben beschriebene magnetische
Wirkung nicht stört. Durch eine Bewegung des verschiebbaren Bauteils 77 nach vorne
oder hinten in Richtung der Pfeile 91 und 95 und durch eine gleichzeitige Drehung
des die Stifte tragenden Kettenrades 12 überbrückt eine vorbestimmte Reihe von Stiften
den Spalt oder Zwischenraum 64.
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zur der Durchmesser der jeweiligen Reihe von Stiften, welche derart
ausgestreckt ist, bestimmt das Übersetzungsverhältnis, welches durch die Drehung
des Kettenrades 12
erzeugt wird. In geeigneter Weise ist an die
Scheibe 60 eine Abdeckung 60' aus Kunststoff oder nichtmagnetischem Metall angebracht
(Fig. 2, 4 und 5) und eine KunststofTabdeckung 41' ist in geeigneter Weise mit der
Scheibe 41 verbunden. Die Abdeckungen 60' und 41' dienen jeweils der Lagerung von
Metallteilen 99 und 97. Sie verhindern ebenso die Anhäufung von Schmutz in den verschiedenen
Öffnungen der Außenseite der Scheiben 41 und 60. Am Ende jedes der Löcher 69 in
der Scheibe 41 ist auf der Platte 41 ein Metallteil 97, an welchem der Magnet haftet,
angebracht. Am Ende jedes der Löcher, wie etwa 66 in der Scheibe 60, ist an der
Abdeckung 60 ein Metallteil 99 angebracht, an welchem der Magnet haftet. Alternativ
dazu können auch Bauteile verwendet werden, die aus Kuis{'stoff hergestellt sind
und mit einem Überzug aus einem Material, an welchem ein Magnet haftet, versehen
sind. Anstelle der Form der Bauteile 97 können die Kunststoffteile auch die Form
einer dünnen Scheibe aufweisen (nicht gezeigt), welche flach in Positionen der Bauteile
41' und 60' am Ende der Bohrungen, in welchen die Stifte 63 gleiten, befestigt ist.
Es ist die Aufgabe der Bauteile 97 und 99, die Stifte 93 in den Positionen zu halten,
in welche sie bewegt wurden, so daß die Stifte, wenn das Fahrrad zur Seite gelegt
wird, nicht aus ihren Positionen, in welche sie bewegt wurden, gleiten.
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Wie in Fig. 12, aber nicht in Fig. 2 gezeigt, wird ein Verschiebemechanismus
150 verwendet, um die Stifte in den Reihen 100 und 101, wie anschließend in Verbindung
mit Fig. 13 beschrieben, in dem hinteren,Stifte tragenden Kettenrad 20 zu verschieben.
Der Verschiebemechanismus 150 kann spiegelbildlich zu dem Verschiebemechanismus
70, wie oben beschrieben, sein, wenn das hintere Kettenrad
dieselbe
Größe wie das Kettenrad 12 aufweist, oder er kann geringere Ausmaße annehmen, wenn
das hintere Kettenrad kleiner ist, wie in Verbindung mit Fig. 19 nachstehend beschrieben.
In den Ausführungsbeispielen der Fig.
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1 bis 6 sind fünfzehn Reihen von Löchern in dem Stifte tragenden Kettenrad
12 und drei Reihen von Löchern in dem Stifte tragenden Kettenrad 20 vorgesehen,
so daß drei mal fünfzehn oder fünfundvierzig mögliche Gänge zur Verfügung stehen,
wenn die Stifte sowohl in dem vorderen Kettenrad 12 als auch in dem hinteren Kettenrad
20 verschoben werden.
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Das endlose flexible Bauteil oder die Kette 40 (Fig. 7 und 8) ist
aus äußeren Gliedern 103 hergestellt, welche drehbar mit inneren Gliedern 104 mittels
der Nieten 105 verbunden sind. Die Glieder 103 und 104 sind, abgesehen von ihren
Positionen, identisch. Die Glieder 103 weisen konkave Stellen 106 auf, die mit den
äußeren Oberflächen der zylindrischen Stifte in Eingriff stehen und zum Zwecke des
Antriebs zusammenpassen. Um die Kette 40 straff zu halten, ist ein konventioneller
Kettenspanner 107 vorgesehen (Fig. 2), welcher im Abstand zwei Räder 109 aufweist,
um welche sich die Kette 40 windet, wie in Fig. 2 dargestellt, mit einem Bauteil
110, auf welchem die Räder 109 drehbar gelagert sind, welches mittels einer nicht
gezeigten Feder in Uhrzeigerrichtung um die Drehachse 111 in bekannter Weise vorgespannt
ist.
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In Fig. 9 ist eine modifizierte Form des Verschiebemechanismus dargestellt.
In dieser Ausführungsform ist auf dem Block 113, welcher auf der Fahrradgabe befestigt
ist, ein verschiebbares Bauteil 112 vorgesehen. Das verschiebbare Bauteil 112 ist
analog dem verschiebbaren Bau-
teil 77 von Fig. 4. Von dem verschiebbaren
Bauteil 112 werden eine Vielzahl von Magneten 114 getragen. Die Magnete 114 haben
ihre Nord- und Südpole in einer ersten Richtung orientiert. Ein Endmagnet 115 hat
seine Pole in der umgekehrten Richtung orientiert. Die Magnete 114 ziehen die Stifte
116, welche Magnete sind, an, der Magnet 115 stößt die magnetischen Stifte 116 zurück.
Wenn das verschiebbare Bauteil 112 in Richtung des Pfeils 117 bewegt wird, werden
alle die magnetischen Stifte 116, die mit den Magneten 114 fluchten, axial, ohne
Drehung, in eine zurückgezogene Position in die Öffnungen 117 der Scheibe 119 des
Stifte tragenden Kettenrades 120 gezogen. Die Reihe von Magneten 116, die mit dem
Magnet 115 fluchtet, werden in ihre ausgestreckte Position bewegt, in welcher sie
den Spalt 121 zwischen den Scheiben 119 und 122 überbrücken, wobei die Scheibe 122
die äußeren Enden der magnetischen Stifte 116 in den Öffnungen 123' aufnimmt. Wie
in Fig. 9 dargestellt, verläuft die Kette 123 durch den Zwischenraum 121. In der
Ausführungsform von Fig. 9 sind die Scheiben 119 und 122 aus nichtmagnetischem Material
hergestellt und die Metallstifte 124 und 125, an welchen die Magnete anhaften, sind
jeweils in den Scheiben 119 und 122 vorgesehen, um die Magnete in ihren ausgestreckten
oder zurückgezogenen Positionen zu halten, d.h. um die Stifte 116 in den Positionen
zu halten, in welche sie zuletzt durch die Magnete 114 und 115 gebracht wurden,
um zu verhindern, daß die Magnete in eine andere Lage verrutschen, wenn sich das
Fahrrad zur Seite hin neigt.
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In Fig. 9A ist eine Modifikation der Ausführungsform von Fig. 9 dargestellt.
In Fig. 9A werden Elektromagnete benützt, um die magnetischen Stifte 116' von ihrer
zurück-
gezogenen Position in der Scheibe 120' in ihre ausgestreckte
Position zu verschieben, in welcher sie den Spalt 121' zwischen der Scheibe 120'
und der Scheibe 122' überbrücken. Zu diesem Zweck ist ein Hebel 130' an einer Anzeigetafel
131 gelagert, welche an der Ler!kstange oder an einer anderen geeigneten Stelle
132' des Fahrrades befestigt ist. Eine Bowdenzug-Einheit 133' erstreckt sich zwischen
dem Handhebel 130' und einem Leitungsbauteil 134t, welches verschiebbar in einem
Basisbauteil 135'in geeigneter Weise auf der Gabel 136' des Fahrrads befestigt ist.
Das Leiterbauteil 134' umfaßt zwei Leitungsdrähte 137' und 139', welche durch die
Isolatoren 140' und 140" getrennt sind. Eine Batterie 141' ist P.it den gegenüberliegenden
Enden der Leitungsdrähte 137' und 139' verbunden. In dem Block 135' sind auch eine
Vielzahl von Elektromagneten 142' angebracht. Wenn das Bauteil 134' verschoben wird,
überbrückt es die Kontakte an den Enden jeder Wicklung jedes der Elektromagnete
142', so daß, wenn das Bauteil 134' in einer Position wie in der Zeichnung dargestellt
ist, die Polung der drei linken Elektromagnete 142' derart ist, das die magneti.-schen
Stifte 116' in der zurückgezogenen Position in der Scheibe 120' sind. Wie aus der
Zeichnung zu erkennen ist, sind die Enden der Leitungsdrähte 137'und 139' bei 143
gekreuzt, und zwischen den gekreuzten Enden ist ein Isolator 140" angeordnet. Unter
Berücksichtigung des vorangegangenen ist die Polarität des Elektromagneten 142',
welcher der vierte von links ist, umgekehrt zu denen, die links von ihm in Fig.
9A liegen. Deshalb wird der magntische Stift 116', welcher mit dem Elektromagnet
fluchtet, welcher die umgekehrte Polarität aufweist, den Spalt 121' überbrücken.
Es ist klar, daß bei einer Bewegung des verschiebbaren Bauteils 134' aus der dargestellten
Position
nach rechts in Fig. 9A,die Stifte 116' in allen Positionen
links von den gekreuzten Leitungsdrähten 143' in die Scheibe 120 gezogen werden,
während alle Stifte 116' rechts von den gekreuzten Leitungsdrähten 143' in einer
Position verbleiben, in welcher sie den Spalt 121' überbrücken. An den Enden der
Bohrungen in welchen die Stifte 116' laufen, sind Stifte 124' und 125' vorgesehen,
sowohl in der Scheibe 120' als auch in der Scheibe 122'. Diese Stifte sind analog
den Stiften 124 und 125 der Fig. 9 und sind aus einem Metall hergestellt, an welchem
die Magnete haften, so daß diese die magnetischen Stifte 116' in den Positionen
halten, in welche sie zuletzt durch die Einwirkung der Elektromagnete 142' verschoben
wurden. Das verhindert, daß die Stifte 116' in eine andere Position verrutschen,
wenn das Fahrrad zur Seite gelegt wird. Die Scheiben 120' und 122' sind aus einem
nichtmagnetischen Material hergestellt, so daß sie die oben beschriebene magnetische
Wirkung nicht stören.
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In den Fig. 10 und 11 ist eine weitere Modifikation offenbart, in
welcher die Stifte 126 durch einen Verschiebemechanismus 127 zwischen einer ausgestreckten
und einer zurückgezogenen Position bewegt werden. Der Verschiebemechanismus 127
umfaßt ein verschiebbares Bauteil 129, welches zur gemeinsamen Bewegung mit einem
verschiebbaren Bauteil 130 gekoppelt ist. Das verschiebbare Bauteil 129 gleitet
in einen Block 131 und das verschiebbare Bauteil 130 gleitet in einen Block 132,
beide sind in geeigneter Weise an der Gabel des Fahrrads befestigt. Das verschiebbare
Bauteil 129 umfaßt eine Nocke 133, welche eine Nockenoberfläche 134 aufweist. Die
Stifte 126 am linken Ende des die Stifte tragenden Kettenrades 134 sind in einer
vollständig zurückgezogenen Position dar-
gestellt, in welcher
die Federn 136 sich ausgedehnt haben und sich zwischen dem hinteren Ende 139' der
Scheibe 135 und dem Ende 139 des Stiftes 126 erstrecken. Um einen Stift 126 aus
der zurückgezogenen Position, wie links an der Scheibe 135 dargestellt, in eine
ausgestreckte Position, mit Nummer 126' bezeichnet, zu bewegen, kommt die Nockenoberfläche
134 in Eingriff mit dem äußeren Ende des Stiftes 126 und drängt diesen nach unten
(Fig. 10), bis dieser eine Position erreicht, wie unter der Nummer 126' dargestellt.
In dieser Position erstreckt sich das Ende 140 des Stiftes 126 durch die Öffnung
141 in der Scheibe 142. In einer ringförmigen Nut 144 in dem Stift 126 ist ein erster
O-Ring 143 vorgesehen und ein metallischer Sicherungsring 127 ist ebenso in der
ringförmigen Nut 144 gelagert, wobei der äußere Teil des metallischen Sicherungsrings
127 sich über den äußeren Umfang des Stiftes 126 erstreckt. Deshalb bleibt der metallische
Sicherungsring 127 in einer ausgestreckten Position, wenn der Stift 126 die mit
126' bezeichnete Position erreicht. Damit der Stift 126 in seine zurückgezogene
Position zurückkehrt, gelangt die Nockenoberfläche 145 des verschiebbaren Bauteils
130 in Eingriff mit dem Endteil 146 des Stiftes 126', wenn dieser in seiner ausgestreckten
Position ist, und drückt den metallischen Si.cherunlisring 127 in die Öffnung 141,
woraufhin die Feder 136 sich aus ihrer zusammengedrückten Position in ihre erweiterte
Position ausstreckt, um den Stift in die Position zurückzuziehen, die durch die
Nummer 126 bezeichnet ist.
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In den Fig. 12 und 13 ist eine weitere Ausführungsform des Getriebes
dargestellt, bei welcher das hintere, Stifte tragende Kettenrad 149 identisch dem
vorderen Stifte tragenden Kettenrad 12 ist und bei welchem der hintere
Verschiebemechanismus
150 im wesentlichen spiegelbildlich zu dem vorderen Verschiebemechanismus 70 ist.
Deshalb erscheint eine detaillierte Beschreibung des hinteren Kettenrades 149 und
des hinteren Verschiebemechanismus 150 nicht notwendig. Der hintere Verschiebemechanismus
150 wird mittels der Bowdenzug-Einheit 158 betätigt, welche einen nicht gezeigten
Bedienungshebel aufweist, der aber analog dem Bedienungshebel 90 an der Lenkstange
befestigt ist. Wenn die Hinterachse 21 den Freilauf 23 in konventioneller Weise
lagert (Fig. 17), ist der Abstand zwischen der Außenseite des Fahrrades und der
Hinterradgabel 151 des Fahrrades derart, daß nur ein relativ schmales, Stifte tragendes
Rad, wie etwa die Nummer 20 (Fig. 1, 2 und 19) an dem Hinterrad befestigt werden
kann. Jedoch ist die Freilaufkupplungseinrichtung 22, wie in den Fig. 17 und 19
dargestellt, auf einer speziell ausgestalteten Nabe oder Achse 153 (Fig. 12 und
13) befestigt, um den zusätzlichen Zwischenraum vorzusehen, der nötig ist, um ein
relativ großes Stifte tragendes Kettenrad 149 befestigen zu können, welches dieselben
Ausmaße hat wie das Kettenrad 12. Wenn jedes Kettenrad fünfzehn Reihen von Löchern
aufweist, ergibt sich die Möglichkeit von zweihunderfünfunzwanzig verschiedenen
Ubersetzungsverhältnissen. Da jedoch bestimmte. dieser Kombinationen dasselbe Übersetzungsverhältnis
vorsehen wie andere Kombinationen, ist die effektive Anzahl von verschiedenen Übersetzungsverhältnissen
einhunderteinundsechzig.
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Die hintere Radnabe 153 in Fig. 13 umfaßt ein Gehäuse 152, welches
ein Gewindebauteil 154 oder eine Freilaufeinheit 22 mit einem Gewinde aufnimmt,
wobei der. nicht mit Gewinde versehene Teil 155 des Freilaufs 22 in dem
Nabenteil
156 aufgenommen ist. Das Gehäuseteil 152 ist auf der Welle 157 mittels der Lager
159 und 160 gelagert.
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Die Teile 161 und 162 stellen Abstandshalter zwischen der Hintergabel
151 des Fahrrads dar, welche mittels der Schrauben 163 in ihrer Lage gesichert sind.
Das hintere Stifte tragende Kettenrad 149 ist auf dem Nabenteil 164 gelagert und
mittels der Schrauben 165 gesichert. Der Nabenteil 164 ist bei 168 in den Freilauf
22 zur Drehung mit diesem eingeschraubt.
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In Fig. 14 ist eine abgeänderte Ausführung der Stiftanordnung gezeigt,
wobei diese Stiftanordnung eine Vergrö-Berung von Fig. 13 darstellt. Bei dieser
Anordnung kann das verschiebbare Verschiebungsbauteil 77 identisch dem in Verbindung
mit den Fig. 4 und 5 beschriebenen sein.
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Die die Stifte tragende Scheibe 41 umfaßt eine Vielzahl von konzentrischen
Reihen von Löchern. Von dem Bauteil 77 wird ein Magnet 92 getragen. Ein verschiebbares
Bauteil 84 trägt einen Magneten 93. Bis zu diesem Punkt ist der Verschiebemechanismus
70 identisch zu dem, der oben in Verbindung mit den Fig. 4 und 5 beschrieben wurde.
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Jedoch sind in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 14 die Stifte 166 aus
magnetischem Material, wie etwa aus Stahl hergestellt, aber sie sind nicht magletisiert,
und jeder trägt einen aufgeschnittenen O-Ring 167, der in einer Nut 169 gelagert
ist. Es ist erkennbar, daß zwischen den Enden 171 des O-Rings ein Spalt 170 ist.
Wenn der Verschiebemechanismus 70 in der Position ist, die in Fig. 14 dargestellt
ist, werden die Stifte 166 durch den Magneten 92 angezogen und der Stift. 166' 166'..
rt dem Magneten 93 angezogen, so daß der Stift 166' den Zwischenraum 64 zwischen
der Stifte tragenden Scheibe 41 und der Stifte aufnehmenden Scheibe 60 überbrückt.
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Die Ringe 167 bewirken, daß die Stifte 166 in der Position verbleiben,
in welcher sie zuletzt durch die Magnete plaziert wurden, so daß die Stifte 166
nicht aus ihren letzten Positionen verrutschen, wenn das Fahrrad zur Seite gelegt
wird. Die Stifte 166 und 166' können natürlich auch magnetisiert sein, das erlaubt
dann die Verwendung kleinerer Magnete in der Verschiebeeinrichtung und bewirkt eine
kürzere Ansprechzeit bei der Verschiebung zwischen den Positionen 166 und 166'.
Platten 41a und 60a aus nichtmagnetischem Material sind in geeigneter Weise an den
Außenseiten der Scheiben 41 und 60 befestigt, um zu verhindern, daß die Stifte 166
sich aus den Platten herausbewegen.
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In Fig. 20 ist eine modifizierte Ausführungsform einer Stiftscheibe
172 dargestellt, bei welcher die Tretkurbel 173 mit der Stifte tragenden Scheibe
174 gegossen ist, welche analog der Scheibe 60a der Fig. 14 ist. Durch die einstückige
Ausbildung der Tretkurbel mit einer gegossenen Scheibe werden die Kosten reduziert.
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In den Fig. 21 bis 28 ist schematisch dargestellt, wie das Getriebe
mit vielen Übersetzungsverhältnissen 10 arbeitet. In Fig. 21 umfaßt z.B. die Kette
40 die Reihe 42, welche durch die in dieser Reihe ausgestreckten Stifte definiert
wird. Wenn es gewünscht wird, auf eine andere Reihe von Stiften zu wechseln, z.B.
auf die Reihe 50, wird der Verschiebemechanismus 70 in Richtung des Pfeiles 175
bewegt. Das bewirkt, daß die Stifte in der Reihe 50 den Zwischenraum 64 überbrücken
und so ihre ausgestreckte Position annehmen. Jeder der Stifte in der Reihe 50 wird
aufeinanderfolgend ausgestreckt, wenn sich die Stifte tragende Scheibe 12 in Richtung
des Pfeils 176
dreht. Es wird ein Punkt erreicht, in welchem der
erste Stift 501 in Eingriff mit der Kette 40 steht und diese von den Stiften in
der Reihe 42 abhebt. Eine nachfolgende Drehung des Stifte tragenden Kettenrades
12 in Richtung des Pfeiles 176 bewirkt, daß die Kette die in Fig. 23 dargestellte
Position erreicht, in welcher der Kontakt mit den Stiften der Reihe 42 praktisch
verloren ist.
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Schließlich ist eine ausreichende Anzahl von Stiften der Reihe 50
ausgestreckt, so daß die Kette 40 nun nur noch von den Stiften der Reihe 50 angetrieben
wird. Eine fortgesetzte Drehung in Richtung des Pfeiles 176 bewirkt, daß die restlichen
Stifte der Reihe 50 ausgestreckt werden, dieser Zustand wird andauern, bis zu einer
späteren Verschiebung. Es ist zu bemerken, daß alle Stifte der Reihe 42 in einer
ausgestreckten Position verbleiben, was jedoch keine Betätigung des Getriebes bewirkt,
da der Kreis der Stifte in Reihe 42 innerhalb des Kreises der Stifte in Reihe 50
ist. Weiterhin können gewisse einzelne Stifte in den Reihen zwischen den Reihen
42 und 50 wegen des Schleifens des Verschiebungsmechanismus 70 entlang solcher Reihen
bei dessen radialer Auswärtsbewegung in eine ausgestreckte Position bewegt werden.
Die ausgestreckten Stifte sind jedoch innerhalb des Radius der Reihe 50 und stören
deshalb den Betrieb der Antriebskette 40 über die Reihe 50 nicht.
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Um die Kette von einer Reihe von Stiften mit einem großen Durchmesser
zu einer Reihe von Stiften mit einem kleineren Durchmesser zu bewegen, wird der
Verschiebemechanismus 70 nach innen in Richtung des Pfeils 177 von Fig. 25 verschoben.
Das bewirkt, daß der Magnet 92 (Fig.
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4) alle die Stifte anzieht, mit welchen er fluchtet, und da die Stifte
in der Reihe 50 und in den Reihen zwischen
Reihe 50 und Reihe 42
den Magneten passieren, werden diese in eine zurückgezogene Position gezogen (wie
in Fig.
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14 durch die Stifte 166 dargestellt) . Eine weitere Bewegung des Stifte
tragenden Kettenrades 12 in Richtung des Pfeiles 176 bewirkt, daß die Kette 40 auf
die Stifte der Reihe 42 herabfällt, wie in Fig. 26 dargestellt. Eine weitere Drehung
des Kettenrades 12 in Richtung des Pfeiles 176 bewirkt, daß die Kette 40 die Position
annimmt, die in Fig. 27 dargestellt ist, und schließlich die Position von Fig. 28
annimmt, in welcher sie durch die Stifte in Reihe 42 angetrieben wird.
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Es soll ausdrücklich erwähnt werden, daß der Übergang von einer Reihe
zu einer anderen Reihe extrem glatt verläuft. Es gibt keinen plötzlichen Stoß bei
einer Bewegung von einer Reihe zu einer anderen, gleichgültig ob die Bewegung von
der kleinsten Reihe zu der größten Reihe oder zwischen irgendeiner der dazwischenliegenden
Reihen erfolgt. Durch Vergleich der Fig. 21 und 22 kann gesehen werden, daß der
erste Stift von Reihe 50, welcher mit der Kette in Eingriff steht, denselben Abstand
X von dem Durchmesser 178 aufweist, als der Stift in Reihe 50 auf dem Durchmesser
179. Eine fortgesetzte Bewegung des Kettenrades in Richtung des Pfeiles 176 bewirkt,
daß die Kette 40 nach und nach angehoben wird, wenn der Stift 50 die Kette hochhebt.
Mit anderen Worten, es gibt keinen plötzlichen Stoß wegen einer Veränderung des
über setzungsverhältnisses. Es liegt vielmehr ein allmählicher Ubergang von einem
übersetzungsverhältnis zu einem anderen vor. Dieselben Eigenschaften treten auf,
wenn die Kette von einer größeren Druchmesserreihe von Stiften auf eine kleinere
Durchmesserreihe van Stiften bewegt wird, wie in Fig. 26 zu erkennen. Wenn die Stifte
der
Reihe 50 in diesem Zusammenhang zurückgezogen werden, wenn
sie den Verschiebemechanismus 70 passieren, nimmt der Durchmesser der Stiftreihen
ab, und der obere Lauf der Kette 40 wird sich nach und nach selbst senken, bis sie
mit den ausgestreckten Stiften in Reihe 42 in Eingriff ist. Es erfolgt also ein
glatter Übergang zur Reihe 42, wie in den Fig. 27 und 28 dargestellt. Es tritt also
keine plötzliche Erschütterung während dieser Verschiebeoperation auf.
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Während alle die oben beschriebenen Stifte und deren zugehörigen Öffnungen
oder Bohrungen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, können die Stifte und
Bohrungen, in welchen diese gleiten, mit jedem anderen geeigneten Querschnitt hergestellt
werden, wie etwa mit einem Quadrat, rautenförmig oder mit einem anderen geeigneten
Aussehen.
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In den oben stehenden Beschreibungen waren die Stifte aus magnetischem
Material hergestellt. Das umfaßt auch Stifte, welche eine Matrix aus Plastik mit
magnetischem Material darin aufweisen. In geeigneten Fällen können solche Stifte
magnetisiert sein, um wie Magnete zu wirken, in anderen Fällen brauchen sie nur
in der Lage zu sein, von Magneten angezogen zu werden, brauchen aber selbst nicht
magnetisiert zu sein.