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Kettentrieb
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Die Erfindung betrifft einen Kettentrieb mit veränderbarer Übersetzung
mit einem Antriebszahnkranz und einem Abtriebszahnkranz sowie einer um den Antriebszahnkranz
und um den Abtriebszahnkranz gelegten Kette für die Übertragung der in den Antriebszahnkranz
eingeleiteten Kraft auf den Abtriebszahnkranz.
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Bei einem Kettentrieb für ein Fahrrad ist es bekannt, wenigstens ein
Antriebskettenrad und mehrere axial nebeneinander angeordnete Abtriebskettenräder
vorzusehen, wobei über eine Gangschaltung die Antriebskette nacheinander auf jedes
der Abtriebskettenräder zu legen ist. Durch diese Gangschaltung ist es möglich,
die ~Übersetzung des Kettentriebes zu verändern. Die Gangschaltung ermöglicht eine
bestimmte Anzahl von Übersetzungen, die von der Anzahl der Abtriebskettenräder und
der Antriebskettenräder abhängig ist. Ein Umschalten von einem zum anderen Gang
ist nur im Leerlauf möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kettentrieb der einleitend
genannten Art zu schaffen, der ohne Gangschaltung auskommt und dennoch eine stufenlose
Übersetzung in Abhängigkeit von der Belastung der Kette hat.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Antriebszahnkranz
auf der Antriebsachse des Kettentriebes elastisch gelagert ist.
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Hierdurch gelangt man zu einem Kettentrieb der einleitend genannten
Art, der eine stufenlose Übersetzung aufweist. Diese Übersetzung stellt sich in
Abhängigkeit von der Belastung der Kette bzw. von der in der Kette wirkenden Spannung
ein. Die Charakteristik der Übersetzung ist abhängig von der Federcharakteristik,
insbesondere davon, ob die Feder hart oder weich ist bzw. weich oder hart eingestellt
ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Spiralfedern
vorgesehen, von denen jede mit ihrem einen Ende an einem mit der Antriebsachse drehfest
verbundenen Mitnehmer und mit ihrem anderen Ende an dem Antriebszahnkranz befestigt
ist. - Hierdurch gelangt man zu einem Kettentrieb, bei dem die Antriebsachse gegenüber
dem Antriebszahnkranz in Drehrichtung federelastisch gelagert ist, wobei der Voreilwinkel
der Antriebsachse gegenüber dem Antriebszahnkranz in Abhängigkeit von der in der
Kette vorhandenen Spannung unterschiedlich groß sein kann.
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Ein Voreilen der Antriebsachse gegenüber dem Antriebszahnkranz bedeutet
gleichzeitig, daß der Antriebszahnkranz sich aus seiner koaxialen Lage mit der Antriebsachse
heraus in Richtung auf den Abtriebszahnkranz bewegt. Dadurch verkürzt sich der Abstand
der um den Antriebszahnkranz gelegten Kette gegenüber der Antriebsachse, was gleich
bedeutend mit einer Verkleinerung der Übersetzung des Kettentriebes ist. Das bedeutet
gleichzeitig, daß sich in Abhängigkeit von der Last bzw. von der in der Kette herrschenden
Spannung eine größere oder kleinere Übersetzung automatisch einstellt. Bei gleicher
Krafteinleitung in die Antriebsachse läuft somit der Kettentrieb in Abhängigkeit
von der Last unterschiedlich schnell.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann die Anordnung
so
getroffen sein, daß drei Spiralfedern vorgesehen sind, die mit ihren einen Enden
im Umfangsabstand von je 1200 an der Antriebsachse bzw. dem Mitnehmer angeordnet
und mit ihren anderen Enden ebenfalls im Umfangsabstand von 1200 am Abtriebszahnkranz
befestigt sind. - Hierdurch gelangt man zu einer symmetrischen und stabilen Anordnung
der federelastischen Lagerung des Antriebszahnkranzes auf der Antriebsachse.
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Zweckmäßig sind die einzelnen Spiralfedern länger als eine Windung.
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Des weiteren empfiehlt es sich, die Spiralfedern vorzuspannen.
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Die Spiralfedern können aus Kunststoff bestehen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Anordnung
so getroffen, daß der Raum zwischen dem Mitnehmer und dem Antriebszahnkranz zusammen
mit den Spiralfedern von beiden Seiten durch je eine Abdeckscheibe abgedeckt ist.
- Das führt zu einer weiteren Stabilisierung der in diesem Raum befindlichen Spiralfedern.
Des weiteren wird hierdurch einer Verschmutzung dieses Bereiches vorgebeugt.
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Die Abdeckscheiben können aus Kunststoff bestehen, was zu einer Leichtbauweise
beiträgt.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann die Anordnung so
getroffen sein, daß der Abtriebszahnkranz wenigstens an einer Seite im Querschnitt
nach innen hin konisch abnimmt und die zugeordnete Abdeckscheibe im Querschnitt
nach innen hin entsprechend konisch zunimmt. - Dadurch stellt sich der Vorteil ein,
daß die Übertragung der in die Antriebsachse eingeleiteten Kraft nicht nur über
die Spiralfedern auf den Antriebszahnkranz übertragen-wird sondern auch durch Reibung
nach Art einer Rutschkupplung. Wenn bei stärkerer Spannung in der Kette die Antriebsachse
dem Antriebszahnkranz weit voreilt,
verschiebt sich der Antriebszahnkranz
aus seiner bisherigen koaxialen Lage zu der Antriebsachse in Richtung auf den Abtriebszahnkranz.
Bei dieser Bewegung kommt es mit zunehmender Verschiebung des Antriebszahnkranzesjgegenüber
der Antriebsachse wegen der Konizität zwischen dem Antriebszahnkranz und der Abdeckscheibe
zu einer entsprechbnd starken Flächenpressung zwischen diesen beiden konischen Flächen,
so daß diese aufgrund der Flächenpressung wie eine Kupplung wirken. Somit wird also
in diesem Zustand des Kettentriebes die in die Antriebsachse eingeleitete Kraft
zum einen Teil über die Spiralfedern in den Antriebszahnkranz und zum anderen Teil
aufgrund der Reibung zwischen dem Antriebszahnkranz und der gegenüberliegenden Abdeckscheibe
in den Antriebszahnkranz geleitet. Je stärker die Flächenpressung ist, um so größer
ist der Anteil der nach Art einer Rutschkupplung übertragenen Kraft.
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Zweckmäßigerweise ist die Lage des Antriebszahnkranzes und der Abdeckscheibe
zueinander mittels einer Verstelleinrichtung ein- und feststellbar. Hierbei kann
die Verstelleinrichtung als VerstelLgewinde ausgebiliil. sein, so daß eine Verstellung
und Einstellung des Antrieb ;U kranzes und der Abdeckscheibe ohne weiteres und schnell
möglich ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß auf der
konischen Fläche des Antriebszahnkranzes und/oder der Abdeckscheibe ein Reibbelag
oder mehrere Reibteilbeläge vorgesehen ist bzw. sind. - Dadurch ist gewährleistet,
daß bei Anpressung der Abdeckscheibe gegen den Antriebszahnkranz ein entsprechend
großes Drehmoment übertragen wird.
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Zweckmäßigerweise hat der Reibbelag in Umfangsrichtung einen größeren
Reibwert als in radialer Richtung. - Dadurch ist gewährleistet, daß der Antriebszahnkranz
sich überwiegend bzw.
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ausschließlich in Richtung auf den Abtriebszahnkranz verschiebt, so
daß dieser Verschiebeweg für die Übersetzung des Kettentriebes vcll wirksam wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die in
bezug auf das Fahrrad innen angeordnete Abdeckscheibe eine Nabe aufweist, die in
bezug auf das Fahrrad nach außen übersteht. Auf der Nabe der inneren Abdeckscheibe
kann eine auf dieser axial verschieblich angeordnete äußere Abdeckscheibe aufgesteckt
sein. - Dadurch besteht die Möglichkeit, den Abstand zwischen der äußeren Abdeckscheibe
und der inneren Abdeckscheibe zu verändern bzw. in gewünschter Weise ein-und festzustellen.
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Zweckmäßigerweise hat die Nabe Gewinde, auf dem eine Einstellmutter
angeordnet ist, wobei zwischen der Einstellmutter und der äußeren Abdeckscheibe
eine Feder vorgesehen ist. - Mit Hilfe dieser federbelasteten Einstellmutter ist
es möglich, die Flächenpressung zwischen dem Antriebszahnkranz und der zugehörigen
Abdeckscheibe entsprechend einzustellen.
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Zweckmäßigerweise ist in der äußeren Abdeckscheibe eine Federzunge
angeordnet, die mit ihrem freien Ende in eine auf dem Außenumfang der Einstellmutter
vorgesehene Verzahnung eingreift. - Hierdurch wird verhindert, daß sich die Einstellmutter
in ungewünschter Weise auf der Nabe verdrehen kann.
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Des weiteren sind zweckmäßig in der Nabe der inneren Abdeckscheibe
Nuten vorgesehen, in die entsprechend ausgebildete Klauen der äußeren Abdeckscheibe
formschlüssig eingreifen, so daß die äußere Abdeckscheibe drehfest mit der inneren
Abdeckscheibe verbunden ist.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der Kettentrieb
so ausgebildet sein, daß auf der Innenseite des Antriebszahnkranzes um 1200 versetzt
drei Taschen vorgesehen sind, in denen beidseitig gelagerte Befestigungsbolzen angeordnet
sind, an denen die Enden der Federn befestigt sind. Hierbei können die Federn mit
an ihren Enden vorgesehenen Augen an den Befestigungsbolzen gelagert sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles des näheren beschrieben. Es zeigt Figur 1 einen erfindungsgemäß
ausgebildeten Kettentrieb, Figur 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Figur
1 und Figur 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Figur 2.
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In der Zeichnung ist ein Kettentrieb für ein Fahrrad dargestellt.
Dieser Kettentrieb ist jedoch nicht für die Anwendung bei einem Fahrrad begrenzt,
er ist auch anderweitig verwendbar, wobei anstelle der Kette auch ein anderes Kraftübertragungselement,
beispielsweise ein Keilriemen oder dgl. möglich ist.
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Der Kettentrieb besteht im wesentlichen aus einem Antrieb 1, einem
Abtrieb 2 und einer Kette 3. Auf einem Vierkant 4 einer Antriebsachse 5 ist eine
innere Abdeckscheibe 6 mit einer Nabe 7 aufgesteckt und mit einer Mutter 8 auf dem
äußeren Gewindeende 9 gesichert.
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Auf der Außenfläche 10 der Nabe 7 sind drei Spiralfedern 11,12,13
mit ihren inneren Enden befestigt, die mit ihren äußeren Enden an einem Antriebszahnkranz
14 angeordnet sind.
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Die Spiralfeder 11 ist mit einer Schraube 15 an der Nabe 7 befestigt.
In gleicher Weise sind auch die Spiralfedern 12,13 in nicht näher dargestellter
Weise befestigt.
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In dem Antriebszahnkranz 14 sind im Abstand von 1200 an der inneren
Seite Ausnehmungen 16,17,18 vorgesehen. Diese Ausnehmungen sind so breit, daß an
beiden Seiten des Antriebszahnkranzes Wandungen 19,20 angeordnet sind. In den beiden
Wandungen 19 und 20 sind Bolzen 21,22,23 beidseitig gelagert.
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Die Spiralfedern 11,12,13 haben an ihren äußeren Enden Umbiegungen
24,25,26, mit denen sie um die Bolzen 21,22,23 fassen.
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Ein Kettenspanner 27 ist zwischen dem Antrieb 1 und dem Abtrieb 2
so angeordnet und gelagert, daß die Kette 3 immer die für einen sicheren Betrieb
erforderliche Spannung aufweist.
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Die Nabe 7 weist in ihrem mittleren Bereich Nuten 28,29,30 auf, in
die Klauen 31,32,33 einer äußeren Abdeckscheibe 34 hineinragen.
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Im äußeren Bereich weist die Nabe 7 einen Absatz 35 und weiter außen
ein Gewinde 36 auf. Auf dem Absatz 35 ist die äußere Abdeckscheibe 34 angeordnet,
während unter Zwischenlage einer Feder 37 auf das Gewinde eine Einstellmutter 38
aufgeschraubt ist. In der Einstellmutter 38 sind auf einem Kreis verteilt mehrere
Bohrungen 39 vorgesehen, mit denen mit einem passenden Schlüssel die Einstellmutter
38 auf dem Gewinde 36 hin und her geschraubt werden kann. Damit die Einstellmutter
38 sich nicht ungewollt aus ihrer eingestellten Lage entfernen kann, ist in der
äußeren Abdeckscheibe 34 eine Federzunge 40 vorgesehen, die mit ihrem freien Ende
in eine auf dem Außenumfang der Einstellmutter 38 vorgesehene Verzahnung 41 eingreift.
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Die Mutter 8 ist durch einen Klemmdeckel 42 abgedeckt.
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Die Innenfläche 43 der äußeren Abdeckscheibe 34 ist konisch ausgebildet,
derart, daß eine Konizität von 2 bis 3 mm über eine Länge von etwa 5 cm vorgesehen
ist. Die gleiche Konizität weist auch der Antriebszahnkranz 14 an seiner gegenüberliegenden
Fläche 44 auf. Zwischen den beiden konischen Flächen 43 und 44 ist ein Reibbelag
45 vorgesehen, so daß bei entsprechender Anpreßung der Abdeckscheibe 34 gegen den
Antriebszahnkranz 14 ein entsprechend großes Drehmoment übertragen
werden
kann.
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Bei Wirken einer Kraft auf die Pedale 46 bzw. deren Pedalarme 47 und
48 in Richtung der Pfeile 49 und 50 dreht sich die Antriebsachse 5 und mit dieser
drehen sich auch die Abdeckscheiben 6 und 36, während sich der Antriebszahnkranz
14 in Richtung des Pfeiles 51 dreht. Dabei ist der Drehwinkel der Abdeckscheiben
6 und 34 bzw. der Nabe 7 größer als der Drehwinkel des Antriebszahnkranzes 14. Das
bedeutet, daß die Spiralfedern 11,12,13 stärker gespannt werden, wodurch sich der
Antriebszahnkranz 14 aus seiner bisherigen konzentrischen Lage zu den Abdeckscheiben
6 und 34 in Richtung des Pfeiles 52 in Richtung auf das Abtriebsrad 53 bewegt.
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Dadurch verringert sich der Abstand der Kette 3 von der Antriebsachse,
während der Abstand des Pedals 46 von der Antriebsachse 5 konstant bleibt. Dadurch
verändert sich die Übersetzung des Kettentriebes. Bei Einsatz von weichen Spiralfedern
11,12,13 ist die Charakteristik der Übersetzung eine andere als bei Verwendung von
harten Spiralfedern 11,12,13.
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Somit läßt sich die Charakteristik der Übersetzung des Kettentriebes
dadurch beeinflussen, daß entsprechend harte oder weiche Spiralfedern 11,12,13 verwendet
werden.
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Bei Nachlassen der Spannung in der Kette 3 entspannen sich die Spiralfedern
11,12,13, so daß der Antriebszahnkranz 14 sich wieder aus der ausgelenkten Lage
entgegen des Pfeiles 52 in die ursprüngliche koaxiale Lage zu der Antriebsachse
5 zurückbewegt, so daß der Kettentrieb wieder die ursprüngliche Übersetzung einnimmt.
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Durch Verschieben des Antriebszahnkranzes 14 in Richtung des Pfeiles
52 wird wegen der Konizität der miteinander wirkenden Flächen 43 und 44 eine höhere
Flächenpressung bewirkt, die in Abhängigkeit von dem Verschiebeweg in Richtung des
Pfeiles 52 so groß werden kann, daß sich hierdurch die Wirkung einer Rutschkupplung
einstellt. Das bedeutet, daß die in die Antriebsachse 5 bzw. in die Nabe 7 eingeleitete
Kraft zum Teil
über die drei Spiralfedern 11,12,13 sowie zum anderen
Teil über die Reibung zwischen den konischen Flächen 43 und 44 in den Antriebszahnkranz
14 übertragen wird.
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Um zu gewährleisten, daß der Antriebszahnkranz 14 bei Steigen der
Spannung in der Kette 3 sich überwiegend bzw. ausschließlich in Richtung des Pfeiles
52 verschiebt, ist auf den konischen Flächen 43 und 44 ein Reibungsbelag 45 vorgesehen,
der in Umfangsrichtung einen größeren Reibwert als in radialer Richtung aufweist.
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Damit ist die Gewähr gegeben, daß sich der Antriebszahnkranz 14, wenn
er sich aus seiner koaxialen Lage zu den beiden Abdeckscheiben 6 und 34 bzw. zu
der Antriebsachse 5 herausbewegen muß, überwiegend bzw. ausschließlich in Richtung
des Pfeiles 52 bewegt, damit diese Bewegung vollständig für die Anderung der Übersetzung
wirksam wird.