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Selbsttätiges Geschwindigkeitswechselgetriebe für alle durch Muskelkraft
bewegte Transportmittel Für alle Geschwindigkeitswechselgetriebe, die an durch Muskelkraft
bewegten Transportmitteln angebracht werden, z. B. an Fahrrädern (Lieferfahrrädern
und anderen), Dreirädern, Krankenwagen u. dgl., verwendet man meistens verschiedene
Zahnräder, deren Eingriff in vorbestimmter Weise erfolgt, oder man bewirkt den Eingriff
mit der Antriebskette eines oder mehrerer Zahnräder von verschiedenen Abmessungen,
die aber alle auf ein und derselben Achse befestigt sind. In solchen Getrieben ist
nun die Anzahl Geschwindigkeiten stets beschränkt, und selten können mehr als zwei
oder drei Geschwindigkeiten erreicht werden.
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Es sind auch Erfindungen bekannt, welche Vorrichtungen zum Ändern
der Geschwindigkeit an Fahrrädern betreffen; diese erreichen die Geschwindigkeitsänderung
z. B. -dadurch, daß das Kettenrad aus mehreren Segmenten besteht, d,ie in radialer
Richtung verschiebbar angeordnet sind und vom Fahrer ohne Unterbrechung des Fahrens
verstellt werden können. Es sind ferner Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen
die selbsttätige Änderung der Übersetzung durch Federdruck erfolgt, welcher auf
die radial verschiebbaren Segmente einwirkt. Weiterhin ist ein Kettenradwechselgetriebe
bekannt, bei dem mittels Bowdenzug ein Hebel aus einer Zahnstangenraste ausgehoben
wird, wodurch die Verschiebung des Kettenrades um jeweils einen Zahn ermöglicht
wird. Die angeführten Vorrichtungen haben sich jedoch infolge ihrer vielgestaltigen
Bauweise in der Praxis wenig bewährt.
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Das Getriebe gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß Zahnräder
benutzt werden, die Zahngruppen auf verschiebbaren Segmenten aufweisen. Das Geschwindigkeitswechselgetriebe
wird durch ein Treibrad gebildet, bei welchem sich während der Umdrehung die Segmente
in einer Ebene allmählich« verschieben. Die besonderen Kennzeichen sind, daß die
Segmente einseitig an den Enden einer mit der antreibenden Achse starr verbundenen
Stange angelenkt sind, wobei letztere mit Zahnstangen in Verbindung steht, die mit
ihren Zähnen von an den Segmenten etwa in der Mitte angelenkten Streben zusammenarbeiten,
wodurch der gewünschte Abstand der beiden Segmente zueinander gewährleistet wird.
Der besondere -Vorteil gegenüber den bekannten Vorrichtungen ist,
daß
sich die Vorrichtung auf eine verhältnismäßig geringe Anzahl von baulichen Einzelheiten
beschränkt, so daß sich trotz Anwendung von nur zwei verschiebbaren Segmenten;-die
uni eine Achse drehbar sind, bis sechs==: verschiedene Übersetzungsstufen ermöglichetl
lassen, ohne daß die Vorrichtung mit den Händen betätigt wird oder .eine Fahrtunterbrechung
stattfinden muß.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen dargestellt.
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Fig. i ist eine schaubildliche Ansicht des regelbaren Getriebes, wobei
die Regelung sowohl für selbsttätige Wirkung wie für diejenige eingerichtet ist,
welche durch Bewegung des Fahrers bewirkt wird, und die Ausführungsform ist diejenige
eines Zahnrades mit Antriebskette.
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Fig. 2 zeigt die Anwendung des Getriebes hei einem Fahrrad oder anderen
ähnlichen Transportmitteln.
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Fig.3 zeigt die Abänderung der Ausführungsform nach Fig.2.
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Fig.4 zeigt in Projektion auf eine senkrechte Ebene eine andere Ausführungsform
eines Kettenspannersystems, dessen Zahnrad aus zwei Segmenten zusammengesetzt ist.
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Fig. 5 zeigt, ebenfalls in senkrechter Projektion, das Schema einer
Vorrichtung für ein Segmentzahnrad, welches außer der Außenzahnung eine Verriegelungszahnung
aufweist, dessen Führungsstück doppelseitig ist; obgleich nur ein Zahnsegment zu
sehen ist, sind mehrere Segmente vorhanden.
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Fig. 6 zeigt eine Ansicht mit Verwendung eines einseitigen Führungsstückes:
Fig.7 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher ein Führungsstück mit mehreren Flächen
verwendet ist.
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Fig.8 zeigt schaubildlich und in Vorderansicht den gesamten Mechanismus
zum Aubei.nanderspreizen und Festhalten der Segmente bei der Ausführungsform, bei
welcher eine Festhaltevorrichtung, z. B. ein Haken, sich vorzugsweise gegen eine
ebene Fläche anlegt, also ohne Unterbrechung des Zusammenhanges wie beim Anlegen
gegen Zähne oder rauhe Flächen.
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In diesen Figuren, welche nur die Hauptelemente des Mechanismus zeigen,
ist i eine Achse, entweder diejenige, die mitgenommen wird, oder diejenige, die
antreibt.
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Diese Achse i hat einen Arm 2, der an jedem Ende eine drehbare Rolle
3 hat, welche Zahngruppen 4 trägt. Federartige Elemente 5 üben auf diese Zahngruppen
eine schiebende oder Zugbewegung aus, so daß sie unter diesen Umständen das Bestreben
haben, sich zu verschieben, um sich entweder der Achse i zu nähern oder sich von
dieser zu entfernen. Die Stellung-dieser Zahngruppen ist bestimmt durch diejenige
von Haltezähnen 6, die ein Stück bilden mit bei 8 an den Zahngruppen,[ festgemachten
Streben 7.
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@:.;iese Haken 6 greifen jedesmal in eine @le_Z-ahnlücken g einer
Art von Zahnstange, 1n einem Stück mit der Achse i aus-@gerührt ist, ein, und jede
Strebe 7 hat ein umgebogenes Ende io.
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Die Strecke, welcheybei jeder Umdrehung der Achse die mit diesem regelbaren
Getriebe zusammenarbeitende Kette zurücklegt, hängt davon ab, in welche Zahnlücke
9 die Zähne 6 eingreifen.
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Wenn man diese Zahngruppen 4. von der Achse fortbewegen will, genügt
es, Anheben der Streben 7 zu veranlassen, so daß die Haken 6 in der Zahnung 9 eine
neue Stellung einnehmen. Dieses Anheben der Streben 7 kann selbsttätig unter der
Wirkung der abgebogenen Enden io erfolgen.
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Angenommen, daß die Achse sich in der in Fig. i angedeuteten Pfeilrichtung
dreht, so wird, sobald ein mit Zapfen 12 versehener Nocken i i in Tätigkeit tritt,
durch Anschlagen der abgebogenen Enden io gegen diese Zähne 12 die obenerwähnte
Verschiebung erfolgen. Dieser Nocken ist nur in Fig. i gezeigt.
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Aus der Stellungsänderung der Haken in der Zahnung 9 ergibt sich eine
Änderung des Abstandes zwischen den Enden ia und der Achse z, so daß diese Enden
io Kreisbogen beschreiben, deren Radien von der Stellung abhängen, welche die Haken
6 in den Verzahnungen 9 einnehmen. Die Stellung der Zähne 12 des Nockens i i ist
derart, daß bei der Drehung der Achse i die Enden io der Streben gegen die Zähne
anstoßen. Auf diese Weise erhöht sich die Leistungsfähigkeit des Geschwindigkeitsgetriebes
selbständig, bis der letzte der Zähne 12 des Nockens beaufschlagt worden ist. Die
Stellung, welche durch diesen Nocken i i eingenommen wird, bestimmt daher die Grenzstellung
des Getriebes.
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In den verschiedenen Figuren wächst der Abstand der Zahngruppen 4
voneinander bei jeder Hubbewegung der Haken 6. Ebensogut kann auch die Bewegung
erhalten werden, welche diese Zahngruppen dieser Achse einander nähert bei jedem
Hub der Haken 6, mittels der Verzahnungen g und der Wirkung der Federn 5.
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Die Kette läuft über eine oder mehrere Gruppen von Verzahnungen 4,
ein Kettenrad 15 und ein Kettenrad 16 und von dort über eine oder mehrere der Gruppen
4. Der Vorgang geht wie folgt vor sich: Am Anfang stehen die Zahngruppen im kleinsten
Radius zueinander, worauf, sobald das Rad.anfährt, die abgebogenen Enden io der
Streben 7 abwechselnd gegen die Zähne 12 des Nockens i i
stoßen,
wodurch die Zahngruppen 4 mehr und mehr auseinandergedrängt werden, bis schließlich
die Enden io gegen den letzten Zahn 12 stoßen. In diesem Augenblick fährt der Radfahrer
mit einer der endgültigen Lage der Zahngruppen entsprechenden Geschwürdigkeit; diese
Stellung der Zähne ist im voraus festgelegt worden durch Einstellung des Nockens
11.
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Während des Fahrens, wird der obere Trumm der Kette gespannt, wie
dies in Fig. 3 zu ersehen ist, während der untere Trumm durchhängt.
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Um die Zahngruppen in ihre Ausgangsstellungen zurückzuführen, genügt
es, den unteren Trumm der Kette zu spannen, und währenddessen werden alle Zahngruppen
nach einer Umdrehung der Achse i in Anlage miteinander gebracht.
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Um das Spannen der Kette selbsttätig zu bewirken, kann das verschiebbare
Kettenrad 15 z. B. mit einer Bremse ausgestattet werden, so daß, solange der Radfahrer
für die normale Fahrt die Pedale normal niedertritt, dieses Kettenrad 15 sich lose
dreht, während bei Rückwärtsbewegung der Pedale das Kettenrad mit einer Bremse in
Eingriff kommt, so daß der Teil der Kette, der in normalem Zustande durchhängt,
sofort gespannt wird, wodurch die Zahngruppen sich zusammenschließen.
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Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 3 werden, wenn die auf Achse i
wirkende Kraft groß genug ist, daß im oberen über die Kettenräder 16 und 17 und
über die Zahngruppen 4 laufenden Trumm der Kette 14 diese Spannung die Wirkung der
Federn 5 übersteigt, die Zahngruppen 4 der Achse genähert, wodurch der Gang des
Getriebes verändert wird.
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Darauf werden bei der Verringerung der auf die Achse i ausgeübten
Wirkung an dem Punkt, wo die Kraft geringet ist als die Spannung der Federn 5, die
Zahhgruppen allmählich nach außen gedrückt durch den Hub, welcher die Haken 6 aushebt,
wie gesagt, unter der Wirkung des Nockens i i mit Zähnen 12 (Fig.3, aber nicht sichbar).
Bei anderen Ausführungsformen konnte man die Verschiebung der Zahngruppen 9 in radialer
Richtung unter der Wirkung eines Antriebes durch Zahnrad oder Verklinkung erreichen.
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Bei allen obererwähnten Ausführungsformen wird die Verschiebung der
das regulierbare Zahnrad bildenden Segmente durch das Anheben eines Systems zum
Zurückhalten dieser Segmente bewirkt, so daß diese sich verschieben können, wenn
man eine Kraft auf sie überträgt, und diese Verschiebung wird beendet, sobald dieses
Rückhaltsystem wieder in Eingriff mit der Zahnung des Segmentes kommt.
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Aber man kann auch ein Haltesystem vorsehen, welches .(schematisch
durch einen Haken dargestellt, der in oder außer Eingriff mit einer geeigneten Zahnung
sein kann) durch seinen Anschlag angehoben werden würde, so daß es sich gegen eine
Wand stützt, welche keine Unterbrechung des Zusammenhangs in seiner aktiven Zone
darstellt; es stützt sich dann nicht mehr gegen eine Zahnung oder gegen Rauhheiten,
sondern gegen eine Ebene oder gegen irgendeine andere glatte Oberfläche. Diese Ausführungsform
ist in Gesamtheit schaubildlich in Fig. 8 gezeigt, worin die Welle i und die Arme
:2 mit Rollen 3 die gleichen sind wie vorher. Die Streben 7 sind. bei 8 an den Zahngruppen
4 angelenkt und können durch ihre Haken i8 und i9 in die Lücken zwischen den Zähnen
9 eingreifen. Elemente 2o mit federnder Wirkung, welche zwischen den Elementen 4
und den Streben 7 arbeiten, haben das Bestreben, diese Streben 7 in Eingriff mit
den Zähnen g zu halten.
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Ein Element 2i, welches demjenigen, das in den vorhergehenden Figuren
mit io bezeichnet ist, entspricht und an jeder Strebe 7 befestigt ist, kann gegen
eine glatte Fläche 22 anliegen (die hier z. B. eine der Seitenflächen eines Prismas
23 ist), wodurch die Drehung der Strebe und folglich der Aushub des Hakens i8 aus
den Zähnen 9, bewirkt wird. Sobald das Element :2i über die Ebene 22 hinausgelangt
ist -(was durch den Rückstoß unter der Wirkung des Auftreffens eines Elementes 21
gegen eine Fläche 22 möglich ist), greift der Haken 18 wieder in eine andere Zahnlücke
der Zahnung g, ein.
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In allen beschriebenen Ausführungsformen sind zwei Gruppen von Segmenten
vorausgesetzt; es wäre aber selbstverständlich möglich, nach den gleichen Grundsätzen
Räder zu verwenden, die aus drei, vier oder noch mehr Segmenten bestehen.
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Das Geschwindigkeitswechselgetriebe nach den Fig. 1 bis 3 verändert
die Übertragung von mittleren Geschwindigkeiten zwischen zwei Zahnrädern durch das
Auseinanderschieben und Zusammenschieben von Zahnsegmenten, welche Teile dieser
Zahnräder bilden. Um eines dieser Segmente selbsttätig zu verschieben, wird ein
Haken angehoben, indem er gegen ein Element stößt, welches nicht Teil dieser Räder
bildet, so daß das betreffende Segment ausgelöst wird; unter diesen Umständen kann
das Segment sich unter Wirkung einer Feder verschieben, und seine Verschiebung wird
durch das Auslösen und Niederlegen des Haltehaltens aufgehoben.
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Eine Veränderung in diesem System besteht
nun darin,
daß die Stellung der Zahnsegmente, nachdem sie von den Haltehaken freigegeben worden
sind, durch einen Antrieb oder durch eine Führung direkt oder indirekt bestimmt
oder geändert wird, wobei der Antrieb bzw. die Führung nicht einen Teil der Zahnräder
bildet und nach Belieben verschoben werden kann. Während in dien vorhergehend beschriebenen
Ausführungsformen die einfache momentane Auslösung eines Haltesystems genügte, um
die Verschiebung eines Zahnsegments zu bewirken, wird in dieser abgeänderten Ausführungsform
die beabsichtigte Verschiebung bestimmt nach Auslösung eines Haltesystems durch
einen Antrieb oder eine beliebig verschiebbare Führung. Durch dieses Mittel hat
man die Möglichkeit, eine freiwillige Verschiebung zu bewirken, entweder ein Annähern
oder ein Entfernen mit Bezug auf die Achse des Zahnrades.
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In der Fig.4 (Verschiebung eines Kettenspanners) besteht das Zahnrad
aus zwei Segmenten, während in den Fig. 5, 6 und 7 nur ein Segment gezeigt ist.
Die Anzahl von Segmenten, aus welchen das regelbare Zahnrad zusammengesetzt ist,
kann beliebig sein, ebenso wie das Segmentrad das angetriebene oder das treibende
Rad sein kann.
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Die Arme 2 der mitgenommenen oder angetriebenen Welle i wird ausgestattet
mit drehbaren Rollen 3, welche Zahngruppen 4 tragen. Elemente 5 mit federnder Wirkung,
welche diese Gruppen beeinflussen, haben das Bestreben, sich entweder nach der Achse
hin oder von derselben fort zu verschieben.
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Die normale Stellung der Segmente 4 wird durch ein Haltesystem bestimmt,
welches in diesem Falle aus einer Klinke ig besteht, welche in eine Zahnung g; eingreifen
kann und durch einen Drehzapfen 8 am Segment 4 festgemacht ist. Um dieses Element
zwecks Änderung des mittleren Geschwindigkeitsverhältnisses zwischen Welle i und
Ritzel 16 zu verschieben, wird dieses Haltesystem (Klinke ig) in dem Augenblick
angehoben, wo ein Führungsrad 18, welches zwangsweise verschoben wird, dem freigegebenen
Segment eine Drehbewegung um die entsprechende Rolle 3 erteilt. Wenn dieses Segment
seine neue Stellung eingenommen hat, fällt die Klinke ig wieder ein und verriegelt
das Segment 4 mit Bezug auf Welle i.
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In den drei Einzelansichten der Fig.5, 6 und 7 haben die Segmente
4 eine Haltezahnung 21, und sie. werden um ihre Rollen 3 geschwenkt nach Auslösung
einer Klinke 2o durch die Wirkung: i. einer Führung 22 mit zwei Seitef wie die nach
Fig. 5, 2. einer Führung 23 mit einer Seite wie die nach Fig. 6 mit Hilfeeines Elements
24, welches das Bestreben hat, das Segment gegen diese Führung 23 zu ziehen, wobei
dieses Element ebenfalls eine Kette sein kann, die einen Teil des Systems bildet,
3. einer Führung 25 mit mehreren Seiten, 4. eines Zugsystems beliebiger Art, welches
die Ausführung der gewünschten Verschiebung möglich macht.
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Es ist zu beachten, daß außer den lediglich zu dem Zweck beschriebenen
Vorrichtungen, den Gedanken dieser Verbesserung verständlich zu machen, andere Ausführungsformen
zu demselben Zweck möglich sind, die aber immer auf dem gleichen Grundprinzip beruhen.
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Z. B. kann das Getriebe gekennzeichnet sein durch eine derartige Anordnung
der Streben 7 an den dazugehörigen Segmenten 4, daß die Streben 7 durch den Anschlag
gegen den regelbaren .Nocken i i bzw. gegen das Segment oder gegen die Oberfläche
22 nicht nur angehoben werden, sondern selbsttätig springen, wodurch die Streben
7 außer Eingriff mit den Teilen i i bzw. 22 kommen, nachdem sie einer bestimmten
Anzahl von Verschiebungen unterworfen waren.
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Ferner kann das Getriebe dadurch gekennzeichnet sein, daß unter Zwischenschaltung
eines nur sich im Uhrzeigersinn drehenden Ritzels 17 bei einem Rückwärtsdrehen der
Zahnsegmente 4 und des dabei nur im unteren Teil der Kette 14 möglichen Zuges der
obere Teil entspannt wird, wodurch die Kraft der Feder 5 ausreicht, die Gestänge
7 in der möglichen Gleitrichtung zusammenzuziehen und die Verringerung des Raddurchmessers
zu erreichen.