DE69602840T2

DE69602840T2 - Stufenlos verstellbares getriebe

Info

Publication number: DE69602840T2
Application number: DE69602840T
Authority: DE
Inventors: Ned Mills
Original assignee: Speed Control Inc
Current assignee: Speed Control Inc
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 2000-01-27
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: US5632702A; EP0833768A1; WO1997002175A1; ATE181026T1; AU6451396A; EP0833768B1; DK0833768T3; GR3031194T3; DE69602840D1; ES2136425T3

Description

Technischer Bereich

Diese Veröffentlichung betrifft ein kontinuierlich verstellbares Getriebe. Das beschriebene Getriebe ist insbesondere zur Verwendung bei Fahrrädern konstruiert.

Stand der Technik

Wechselbare Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlgetriebe sind seit vielen Jahren vorgeschlagen und verwendet worden. Diese haben verschiedene Hinterradnabengetriebe, welche typischerweise zwei oder drei bestimmte Drehzahluntersetzungen erreicht haben, und auch Kettenschaltungssysteme eingeschlossen, welche die Antriebskette als ein kraftübertragendes Element zwischen wählbaren hinteren und/oder vorderen Kettenrädern verwenden.
Beide bekannten Systeme haben Nachteile, die ohne weiteres erkennbar sind. Der begrenzte Platz, der innerhalb einer Hinterradnabe eines Fahrrades zur Verfügung steht, bringt große Einschränkungen bezüglich der Menge an Mechanismus mit sich, der in derselben eingebaut werden kann, und verhindert deshalb, daß ein solches Getriebe mit vielen Geschwindigkeits- bzw. Drehzahländerungen konstruiert werden kann. Kettenschaltungen üben, obwohl sie mechanisch einfach und zur Einstellung und Reparatur von außen gut zugänglich sind, seitliche Belastungskräfte auf Antriebsketten aus, die für die Kraftübertragung in einer geraden Linie konstruiert wurden. Außerdem sind sie der häufigen Notwendigkeit der Einstellung ausgesetzt, und zwar aufgrund der Abnutzung sowohl von Kette als auch von Kettenrad. Das gesamte Kettenschaltungssystem ist den Elementen ausgesetzt und erfordert häufige Reinigung und Schmierung.
Eine weitere Vorrichtung aus dem Stand der Technik ist in dem US-Patent 4,164,153 beschrieben. Die veröffentlichte Vorrichtung ist für die Verwendung in einem mechanischen Kraftübertragungssystem ausgelegt. Die Vorrichtung beinhaltet einen exzentrischen Aufbau, eine Vielzahl von Rippen, eine zentrale Achse, einen Klinkenrad/Antriebsring sowie ein Zahn- und Antriebselement. Das Patent betrifft im allgemeinen Fahrräder und Antriebsgetriebe für Fahrräder.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein kontinuierlich verstellbares Getriebe vorgesehen, welches ein ringförmiges Klinkenrad (35), das konzentrisch zu einer Achse (X-X) ist und auf dieser drehbar ist, und einen Orbiter (20) aufweist, welcher relativ zu der Achse (X-X) drehbar ist und einen selektiv veränderlichen Exzentrizitätsgrad aufweist, wobei das Getriebe des weiteren eine Vielzahl von Rippen (22) aufweist, welche jeweils einen inneren drehbar an der Achse (X- X) gelagerten Endbereich, einen äußeren Endbereich und einen mittleren Bereich aufweisen, und wobei jede der Rippen (22) an ihrem äußeren Endbereich einen biegsamen bzw. nachgiebigen Zahn (31), Welcher mit einem richtungsverzahnten Antriebsring (36) des Klinkenrades (35) in Eingriff bringbar ist, sowie ein Antriebselement (51) aufweist, welches antriebsmäßig mit dem Klinkenrad (35) verbunden ist, um einen sequentiellen Antriebseingriff zwischen dem Antriebsring (36) des Klinkenrades (35) und den äußeren Endbereichen der Rippen (22) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (22) verschieblich und schwenkbar mit dem Orbiter (20) an ihren jeweiligen mittleren Bereichen verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung wurde in einem Versuch entwickelt, ein kontinuierlich verstellbares Getriebe innerhalb der konventionellen Bauteile eines Fahrrades vorzusehen. Es kann innerhalb der Hinterradnabe oder innerhalb des Tretlagergehäuses eines Fahrradrahmens angeordnet sein. Außerdem ist das Getriebe selbst nicht auf die Anwendung in einem Fahrrad beschränkt, sondern kann bei anderen Antriebskombinationen verwendet werden, wo kontinuierlich verstellbare Geschwindigkeitsänderungen erwünscht sind.
Die vorliegende Erfindung verwendet schwenkbare Rippen zur kontinuierlichen Veränderung von Rotationsgeschwindigkeiten zwischen koaxialen und angetriebenen Rotationselementen. Frühere Versuche, ähnliche Getriebe zu konstruieren, haben in feststellbaren Geschwindigkeitsänderungen während jeder Umdrehung der Vorrichtung geführt. Die vorliegende Vorrichtung gleicht die Geschwindigkeitsveränderungen aus und bietet eine praktische Lösung für viele der früher aufgetretenen Beschränkungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine Ansicht im Querschnitt durch die zentrale Achse einer Fahrradnabe, welche eine erste Ausführungsform des Getriebes beinhaltet;
Fig. 2 ist eine Ansicht vom linken Ende;
Fig. 3 ist eine Ansicht vom rechten Ende;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 aus Fig. 1;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 aus Fig. 1;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 6-6 aus Fig. 1; und
Fig. 7 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 7-7 aus Fig. 1.

Die besten Arten, die Erfindung auszuführen, und Beschreibung der Erfindung

In den Fig. 1 bis 7 ist das Getriebe in einer Ausführungsform dargestellt, welche speziell für die Verwendung innerhalb einer Hinterradnabe in einem Fahrrad konstruiert wurde. Es sollte klar sein, daß das gleiche Getriebe mit geringfügigen Abänderungen für die Verwendung innerhalb des Tretlagergehäuses eines Fahrrades konstruiert werden kann.
Das generelle Wesen des kontinuierlich verstellbaren Getriebes wird am besten unter Bezugnahme auf die derzeit bevorzugte Ausführungsform verstanden, welche in den Fig. 1 bis 7 detailliert ist. Diese Form des Getriebes wurde speziell für die Verwendung in einer Hinterradnabe eines Fahrrads entwickelt. Die Getriebebauteile können jedoch abgeändert werden, um sie an andere Anwendungen als Fahrräder anzupassen.
Die Grundlagen bzw. wichtigsten Bauteile der Erfindung beinhalten eine verstellbare, exzentrische Baugruppe 11, eine Vielzahl von Eingangs- und Ausgangsrippen 22, 25 und drehbare Eingangs- und Ausgangsklinkenräder 35, 40.
Die Eingangsrippen weisen jeweils einen inneren Endbereich, einen äußeren Endbereich und einen mittleren Bereich auf. Die Eingangsrippen sind drehbar um eine zentrale Achse X-X an ihren jeweiligen inneren Enden zur variablen Rotation um die zentrale Achse in Beziehung zueinander gehalten. Die Eingangsrippen 22 sind gelenkig und verschieblich mit der variablen, exzentrischen Baugruppe 11 an ihren jeweiligen mittleren Bereichen verbunden.
Ein drehbares Eingangsklinkenrad 35 ist konzentrisch mit der zentralen Achse X-X. Es beinhaltet einen richtungsgebunden verzahnten Antriebsring 36, welcher die Eingangsrippen 22 an ihrem Umfang umgibt. Die äußeren Enden der jeweiligen Eingangsrippen 22 weisen jeweils einen nachgiebigen Zahn auf, der wahlweise in den Antriebsring 36 des Eingangsklinkenrads 35 eingreift (siehe Fig. 4).
Ein Eingangsantriebselement, welches als kettengetriebenes Kettenrad 51 dargestellt ist, ist betriebsfähig mit dem Eingangsklinkenrad 35 verbunden, um einen sequentiellen Antriebseingriff zwischen dem Antriebsring 36 des Eingangsklinkenrads und den äußeren Enden der sequentiell arbeitenden Eingangsrippen 22 zu übertragen.
Das Getriebe weist des weiteren einen axial voneinander beabstandeten Satz von Ausgangsrippen 25 auf. Die jeweiligen Ausgangsrippen 25 weisen alle auch einen inneren Endbereich, einen äußeren Endbereich und einen mittleren Bereich auf. Sie sind drehbar an der zentralen Achse X-X an ihren jeweiligen inneren Enden zur variablen Rotation um die zentrale Achse relativ zueinander gehalten. Die Ausgangsrippen 25 sind gelenkig und verschieblich mit der variablen, exzentrischen Baugruppe 11 an ihren jeweiligen mittleren Bereichen verbunden (siehe Fig. 6).
Ein drehbares Ausgangsklinkenrad 40 ist konzentrisch mit der zentralen Achse X-X. Es weist einen richtungsgebunden verzahnten Antriebsring 37 auf, welcher die Ausgangsrippen 25 umfangsmäßig umgibt. Die verzahnten Ringe 36 und 37 der jeweiligen Eingangs- und Ausgangsklinkenräder 35 und 40 haben einander entgegengesetzt ausgerichtete, kreisförmige Aufbauten von inneren Zähnen an denselben angeformt.
Die äußeren Enden der jeweiligen Ausgangsrippen 25 weisen jeweils einen nachgiebigen Zahn auf, der selektiv die Zähne um den Antriebsring 37 eingreift. Die Zähne auf den jeweiligen Ausgangsrippen 25 sind entgegengesetzt zu den Zähnen auf den Eingangsrippen 22 ausgerichtet.
Ein Ausgangs- oder angetriebenes Element ist als eine Fahrradnabe 52 dargestellt. Sie ist betriebsfähig mit dem Ausgangsklinkenrad 40 zur Rotation um die zentrale Achse X-X als Reaktion auf den sequentiellen Antriebseingriff zwischen den äußeren Enden der Ausgangsrippen 25 und dem Antriebsring 37 des Ausgangsklinkenrades 40 verbunden.
Genauer gesagt beinhaltet das Fahrradgetriebe, welches in der Zeichnung dargestellt ist, in koaxialer Art und Weise erste und zweite drehbare Elemente in der Form eines Antriebskettenrades 51 und einer angetriebenen Radnabe 52. Sie sind auf dem Getriebe angeordnet, und zwar zur unabhängigen Rotation um die zentrale Achse X-X des Getriebes.
Die exzentrische Baugruppe 11 beinhaltet eine zylindrische äußere Oberfläche 16, welche um eine exzentrische Achse (bezeichnet durch den Buchstaben "E" in den Fig. 4 und 6) gebildet ist, welche parallel zu der zentralen Achse X-X und zu derselben radial einstellbar ist. Ein Orbiter 20 ist drehbar durch die zylindrische Oberfläche 16 befestigt, und zwar zur Drehbewegung um die variable, exzentrische Achse.
Die axial voneinander beabstandeten Eingangs- und Ausgangsklinkenräder 35, 40 sind koaxial um die zentrale Achse X-X an gegenüberliegenden axialen Enden des Orbiters 20 positioniert. Sie beinhalten einander gegenüberliegende bzw. entgegengesetzte kreisförmige Aufbauten von inneren Zähnen, die an denselben angeformt sind. Die Eingangs- und Ausgangsklinkenräder 35, 40 sind jeweils koaxial um die zentrale Achse X-X zentriert.
Eine Vielzahl von Eingangsrippen 22 ist innerhalb des verzahnten Rings 36 des Eingangsklinkenrads 35 angeordnet. Jede Eingangsrippe 22 hat ein erstes oder inneres Ende, welches eine Nabe 26 beinhaltet, die koa xial um die zentrale Achse X-X gelenkig ist. Die vier Eingangsrippen 22 sind identisch zueinander, ihre jeweiligen inneren Nabenabschnitte sind jedoch axial zueinander versetzt und überlappen einander, um die Eingangsrippen 22 in einer gemeinsamen Querebene in geeigneter Weise anzuordnen.
Ein zweites oder äußeres Ende von jeder Eingangsrippe 22 beinhaltet wenigstens einen nachgiebigen Zahn. Er ist komplementär mit dem inneren Zahn um den verzahnten Ring 36 des Eingangsklinkenrades 35 und selektiv während eines Abschnitts von jeder vollständigen Umdrehung der exzentrischen Baugruppe 11 mit demselben in Eingriff zu bringen. Jede Eingangsrippe 22 ist betriebsfähig mit dem Orbiter 20 verbunden, und zwar an einer Stelle zwischen seinen ersten und zweiten Enden.
Eine Vielzahl von ähnlichen Ausgangsrippen sind an dem gegenüberliegenden axialen Ende des Orbiters 20 vorgesehen. Jede Ausgangsrippe 25 weist ein erstes oder inneres Ende auf, welches koaxial gelenkig um die zentrale Achse X-X ist. Die Naben 30 der Ausgangsrippen 25 sind ebenfalls zueinander versetzt, um die Ausgangsrippen 25 über eine gemeinsame Ebene in dem Getriebe anzuordnen.
Ein zweites oder äußeres Ende von jeder Eingangsrippe 25 beinhaltet wenigstens einen nachgiebigen Zahn. Er ist komplementär mit dem inneren Zahn um den verzahnten Ring 37 des Eingangsklinkenrades 40 und selektiv während eines Abschnitts von jeder vollständigen Um drehung der exzentrischen Baugruppe 11 mit demselben in Eingriff zu bringen. Jede Eingangsrippe 25 ist betriebsfähig mit dem Orbiter 20 verbunden, und zwar an einer Stelle zwischen seinen ersten und zweiten Enden.
Die dargestellte exzentrische Baugruppe 11 ist doppelt exzentrisch und beinhaltet eine innere Exzentrik bzw. inneres exzentrisches Element 12 und eine äußere Exzentrik bzw. äußeres exzentrisches Element 13 (siehe Fig. 5). Die inneren und äußeren exzentrischen Elemente 12, 13 sind unabhängig voneinander relativ zueinander drehbar.
Das innere exzentrische Element 12 weist eine innere zylindrische Oberfläche auf, welche drehbar um die zentrale Achse X-X durch die zentrale Welle 10 angebracht ist. Es beinhaltet eine integrale, rohrförmige Verlängerungswelle 17, welche an einem axialen Ende des Getriebes nach außen führt. An dem äußeren Ende der Verlängerungswelle 17 ist ein kleines Kettenrad 18 oder ein ähnliches Zahnrad oder eine andere Einrichtung angebracht, welche in der Lage ist, eine Drehbewegung auf die Welle 17 und die innere Exzentrik 12 zu übertragen. Die innere Exzentrik 12 weist eine äußere exzentrische, zylindrische Oberfläche auf, welche um eine Achse zentriert ist, welche in radialer Richtung von der zentralen Achse X-X versetzt ist.
Das äußere exzentrische Element 13 weist eine innere zylindrische Oberfläche auf, welche drehbar um die exzentrische äußere, zylindrische Oberfläche des inne ren exzentrischen Elements 12 angebracht ist. Wie oben beschrieben, beinhaltet es eine exzentrische äußere, zylindrische Oberfläche 16, um welche der Orbiter 20 gelagert ist.
In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform des Getriebes wird das äußere exzentrische Element 13 innerhalb der exzentrischen Baugruppe 11 an einer Drehung relativ zu der zentralen Welle 10 unter Bezugnahme auf die zentrale Achse X-X gehindert. Die äußere Exzentrik 13 ist jedoch frei, radial bezüglich der Achse X-X verschoben zu werden, wenn der Grad der Exzentrizität während des Betriebs des Getriebes verändert wird.
Aus Gründen der Darstellbarkeit ist das Getriebe in den Fig. 1 und 5 mit der exzentrischen äußeren Oberfläche 16 konzentrisch mit der zentralen Achse X-X dargestellt. In dieser Position ist das Getriebe blockiert und hat ein Übersetzungsverhältnis von 1 zu 1. In den Fig. 4 und 6 wurde die innere Exzentrik 12 um 180º relativ zu der stationären äußeren Exzentrik 13 verdreht, um die alternativen äußeren Betriebspositionen der Getriebebauteile darzustellen. In der speziellen Form der dargestellten Einheit ist das Übersetzungsverhältnis dann 1 zu 2,6.
Die exzentrische Baugruppe 11 ist betriebsfähig mit der feststehenden zentralen Tragwelle 10 verbunden, welche wiederum um die zentrale Achse X-X zentriert ist. Die Verbindung wird mit einem quer verlaufenden Schaltdreieck 53 erreicht, welches benachbart zu einem axialen Ende der exzentrischen Baugruppe 11 (siehe Fig. 5) angeordnet ist. Das Dreieck 53 ist an der Welle 10 befestigt. Die Welle 10 ist im Normalfall an demjenigen tragenden Radrahmen eines Fahrrads befestigt, an welchem die umgebende Radnabe 52 angebracht ist. Da die Welle 10 in dieser Form der Erfindung stationär ist, wird die äußere Exzentrik 13 in Übereinstimmung mit derselben stationär gehalten.
Die exzentrische Bewegung, welche von der äußeren Exzentrik 13 übertragen wird, wird durch Verbindungsmuffen bzw. -buchsen 54 erreicht, welche drehbar auf dem Schaltdreieck 53 gelagert sind, und zwar zur Bewegung um Achsen, welche parallel zu der zentralen Achse X-X sind. Jede Buchse 54 weist einen integralen, vorspringenden Stift 55 auf, welche drehbar in entsprechenden Ausnehmungen an dem benachbarten, axialen Ende der äußeren Exzentrik 13 aufgenommen sind (siehe Fig. 1). Aus diesem Grund bleibt die äußere Exzentrik 13 in einer radialen Richtung relativ zu der Achse X-X einstellbar, ist jedoch in Drehrichtung an der zentralen Welle 10 angebracht.
Das dargestellte Kettenrad 18 dient als ein Einstellungsmechanismus, welcher betriebsfähig mit dem inneren exzentrischen Element 12 verbunden ist. In einer einfachen Ausführungsform könnte das Kettenrad 18 von einer Kette mit einer kurzen Länge (nicht dargestellt) teilweise umgeben sein und mit einem Steuerschaltkabel (nicht dargestellt) an einem oder beiden Enden der Kette verbunden sein. Durch Ziehen an einem oder beiden Enden der Ketten kann das Kettenrad 18 um die Achse X-X geschwenkt werden, um die Position des inneren exzentrischen Elements 12 relativ zu der zentralen Welle 10 und dem äußeren exzentrischen Element 13 winkelmäßig zu verändern.
Aufgrund der während des Betriebs des Getriebes auf die exzentrische Baugruppe 11 ausgeübten Arbeitskräfte erfordert der vereinfachte Einstellungsmechanismus, welcher in dem vorhergehenden Absatz beschrieben wurde, das Aufwenden von beträchtlicher Kraft, falls eine Einstellung versucht wird während das Getriebe unter Belastung betrieben wird. Dies kann jedoch durch die Verwendung einer Schnecke und eines Schneckenradeinstellmechanismusses erreicht werden, welcher ein größeres Drehmoment auf die Verlängerungswelle 17 aufbringen und die Vorteile eines nicht umkehrbaren Drehgetriebesystems ermöglichen würde.
Während das oben beschriebene Getriebe ohne zusätzliche Getriebeeinrichtung verwendet werden kann, haben bei der Konstruktion des Getriebes zur Verwendung in einem Fahrrad aufgetauchte Größenbeschränkungen das Hinzufügen eines Übersetzungsgetriebes an dem Ausgang des Getriebes notwendig gemacht. In der beschriebenen Ausführungsform wird dies durch ein Planetengetriebe erreicht, welches in Fig. 7 genauer beschrieben ist.
Das Planetengetriebe ist zwischen der Nabe 52 und dem Ausgangsklinkenrad 40 angeordnet. Es weist ein Um fangsrad 56, welches an dem Eingangsklinkenrad 35 angebracht ist, und ein Sonnenrad 57 auf, welches an der Nabe 52 angebracht ist (siehe Fig. 1). Das Umfangsrad 56 und das Sonnenrad 57 sind antriebsmäßig mittels einer Reihe von Planetenrädern 58 verbunden, welche drehbar auf einem Planetenradträger 60 gelagert sind.
Der Planetenradträger 60 ist um die zentrale Achse X-X drehbar und ist integral mit dem Ausgangsklinkenrad 40 verbunden. Er trägt in drehbarer Art und Weise die Planetenräder 58, welche in verzahntem Eingriff sowohl mit den Umfangs- als auch mit den Sonnenrädern stehen, um die gewünschte Übersetzung an dem Ausgang des im Betrieb eingesetzten Getriebes zu schaffen.
Wie oben beschrieben ist der Orbiter 20 frei drehbar um die äußere, kreisförmige Oberfläche der exzentrischen Baugruppe 11. An einem axialen Ende weist der Orbiter 20 vier vorspringende, axiale Stifte 21 auf (siehe Fig. 1 und 4), welche jeweils in Eingriff mit Schlitzen 27 stehen, die in den vier Eingangsrippen 22 gebildet sind. An seinem gegenüberliegenden axialen Ende weist der Orbiter 20 eine Querseitenfläche auf (siehe Fig. 6), welche vier radiale Schlitze 23 aufweist, die jeweils durch zwei parallele, nach innen gerichtete, axiale Wände an dem Orbiter 20 angeformt sind. In die parallelen Wände greifen einzelne Rollen bzw. Walzen 28 ein, welche in drehbarer Art und Weise von den vier Ausgangsrippen 25 getragen werden. Die Walzen 28 werden wiederum durch Wellen 24 getragen, welche auf den Ausgangsrippen 25 angebracht sind und mit denselben axial ausgerichtet sind (siehe Fig. 1 und 6).
Sowohl die Eingang- als auch die Ausgangsrippen 22, 25 sind konzentrisch mit der Achse der Welle 10 angebracht. Jede Rippe weist eine Stütznabe 26, 30 an ihrem inneren Ende auf. Die Naben 26 der Eingangsrippen 22 sind drehbar um den Schaft 10 angebracht (siehe Fig. 1 und 4). Die jeweiligen Naben 26 weisen axiale Versätze auf, um die vier Eingangsrippen 22 in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu der Achse der Welle 10 anzuordnen. In ähnlicher Art und Weise beinhalten die Ausgangsrippen 25 Naben 30 an einer ihrer Enden. Diese sind ebenfalls mit axialen Versätzen versehen, um die Ausgangsrippen 24 in einer gemeinsamen Ebene senkrecht zu der Achse der Welle 10 anzuordnen.
Das äußere Ende von jeder Eingangsrippe 22 trägt in gelenkiger Art und Weise eine einzelne Zahnklinke 31. Das äußere Ende jeder Ausgangsrippe 25 trägt in verschieblicher Art und Weise eine einzelne Zahnklinke 32. Die zwei dargestellten Formen von Klinken 31 und 32 sind funktionell identisch. Sie sind in der Konstruktion eines speziellen Getriebes gemäß dieser Erfindung austauschbar. Die Klinken 31 und 32 werden beim Betrieb in ihrer Position auf den Eingangs- und Ausgangsrippen 22, 25 umgekehrt. Sie stehen sich in entgegengesetzten Richtungen in den zwei Rippensätzen entgegen. Jede Klinke 31, 32 ist nachgiebig durch eine Feder vorgespannt, welche den Querzahn über die Klinke in eine sich radial erstreckende Position drückt.
Die Rippen 22, 25 sind somit an ihren inneren Enden um die Achse der Welle 10 gelenkig angebracht. Ihre augenblicklichen Winkelpositionen relativ zu dieser Achse werden durch die Verbindungen mit den Enden des Orbiters 20 gesteuert. Diesen augenblicklichen Winkelpositionen sind wiederum eine Funktion der Exzentrizität der Doppelexzentrik 11, um welche der Orbiter 20 rotiert.
Die nach innen gerichteten, zylindrischen Klinkenradzähne 31, welche auf dem verzahnten Ring 36 des Eingangsklinkenrads 35 angeformt sind, greifen in die Klinken 31 auf den Eingangsrippen 22 ein. Das Ausgangsklinkenrad 40 weist entgegengesetzt ausgerichtete Klinkenradzähne auf, die an dem verzahnten Ring 37 angeformt sind und in die die Klinken 32 auf den Ausgangsrippen 24 eingreifen.
Das in den Fig. 1 bis 7 dargestellte, kontinuierlich verstellbare Getriebe nimmt ein Eingangsdrehmoment mittels des Antriebskettenrades 51 und des Eingangsklinkenrades 35 auf, welches wiederum in Übereinstimmung mit dem Umfangsrad 56 des Übersetzungs- Planetengetriebes rotiert.
Das Eingangsdrehmoment wird direkt von dem Eingangsklinkenrad 35 zu den im Winkel beweglichen und drehbaren Eingangsrippen 22 übertragen. Jede Rippe 22 ist sequentiell in antriebsmäßigem Eingriff mit dem verzahnten Ring 36 während 90º des gesamten Rotationszy klusses des Orbiters 20 um seine exzentrische Rotationsachse. Die resultierende Bewegung der sequentiell betreibbaren Rippen 22 wird an den Orbiter 20 durch die Verbindungsstifte 21 übertragen.
Die verbleibenden Rippen 22 ziehen sanft an dem verzahnten Ring 36 und gehen in radialer Richtung außer Eingriff mit den Klinkenradzähnen, und zwar als ein Ergebnis aus den Drehkräften, welche auf dieselben aufgrund der entsprechenden Verbindungen mit dem Orbiter 20 ausgeübt werden.
Die Drehbewegung, die auf den in exzentrischer Weise angebrachten Orbiter 20 durch die Eingangsrippen 22 übertragen wird, wird danach durch die Orbiterschlitze 23 und die darin eingreifenden Walzen 28 auf die Ausgangsrippen 25 übertragen. Die Ausgangsrippen 25 stehen ebenfalls in sequentiellem Eingriff mit dem damit verbundenen verzahnten Ring 37 während 90º des vollständigen Rotationszyklusses des Orbiters 20 um seine exzentrische Rotationsachse. Die Stellungen, an welchen die betriebenen Eingangs- und Ausgangsrippen 22, 25 in Eingriff mit den jeweiligen verzahnten Ringen 36, 37 stehen, sind einander diametral gegenüberliegend.
Die Drehbewegung des Ausgangsklinkenrads 40 wird direkt auf den Planetenradträger 44 übertragen. Die resultierende Drehbewegung des Planetengetriebeelements wird auf das Sonnenrad 42 übertragen. Dieses ist di rekt mit der Radnabe 52 verbunden, welche als der Ausgang für diese Ausführungsform des Getriebes dient.
Das Rippen aufweisende Getriebe erreicht ein Übersetzungsverhältnis aufgrund der verschiedenen Radien des Eingriffs zwischen dem Orbiter 20, den Eingangsrippen 22 und den Ausgangsrippen 25. Wie in der Zeichnung dargestellt, sind die axialen Mittelpunkte der Stifte 21, welche in die länglichen Schlitze 27 in den Eingangsrippen 22 eingreifen, näher an der Achse X-X als die entsprechenden Mittelpunkte der Wellen 24, welche die Tragwalzen 28 tragen, welche innerhalb der Ausgangsrippen 25 angeordnet sind. Die Größenbeziehungen zwischen diesen Radien sollten derart ausgewählt werden, um einen maximalen Eingriffsradius zu den Ausgangsrippen 25 innerhalb der limitierenden Größenparametern des Getriebes zu schaffen. Es ist ebenfalls wichtig, den maximalen verfügbaren Unterschied in den effektiven Radien, an welchen der Orbiter 20 mit den zwei Sätzen von Rippen 22 und 25 verbunden ist, zur Verfügung zu stellen. Es wurde festgestellt, daß diese Beziehungen das übliche "Stottern" oder die Geschwindigkeitsabweichungen, welche während des Betriebs dieser Art von Getrieben auftreten, minimieren.
Bei dem dargestellten Getriebe sind die Eingangsrippen 22 mit dem Orbiter 20 durch Stifte auf dem Orbiter verbunden, während die Ausgangsrippen 25 mit dem Orbiter 20 durch radiale Schlitze verbunden sind, welche sich an Rippenwalzen 28 abstützen. Diese Verbindungen können bei der Konstruktion der entsprechenden Ein gangs- und Ausgangsrippen umgekehrt werden. Zusätzlich können beide Sätze von Rippen mit dem Orbiter durch Stifte verbunden werden oder beide können Walzen beinhalten, welche entlang radialer Schlitzwände an dem Orbiter eingreifen. Die Auswahl der Orbiterverbindungen hängt von den auftretenden Belastungen, räumlichen Begrenzungen und Endanwendungsbereichen für das Getriebe ab.
Ein praktisches Problem, das bei der Verwendung jedes Rippen aufweisenden Getriebes auftritt, bei welchem sich bewegende Rippen sequentiell in umgebende, am Umfang angeordnete Elemente eingreifen, ist die Tendenz solcher Getriebe, zu "Stottern" oder merkliche Geschwindigkeitsabweichungen zu besitzen, wenn einzelne Rippen in Eingriff oder außer Eingriff gehen. Dies kann zusätzlich zu den Überlegungen bezüglich der Rippen- und Orbiter-Konstruktion, die oben erörtert wurden durch genaues Einstellen der Winkelpositionen der Eingangs- und Ausgangsrippen 22, 25 auf dem Orbiter 20 weiter minimiert werden.
Bei dem dargestellten Getriebe ist es zu bevorzugen, daß die vier Eingangsrippen 22 um einen Winkel von 45º unter Bezugnahme auf die entsprechenden vier Ausgangsrippen 25 versetzt sind. Falls jedoch eine ungerade Anzahl von Rippen bei dem Satz von Eingangs- und Ausgangsrippen verwendet wird, sollten sie an den entsprechenden Enden des Orbiters 20 zueinander ausgerichtet sein.
Es sollte deutlich sein, daß das dargestellte Getriebe in einfacher Weise auch für die Verwendung innerhalb des Tretlagergehäuses des Fahrrads angepaßt werden kann. Der mit Kraft beaufschlagte Eingang wäre dann eine konzentrische Zentralwelle, welche als die Fahrradkurbelwelle dienen würde. Diese könnte dann von einer rohrförmigen Welle umgeben sein, welche mit dem Fahrradrahmen verriegelt und an dem Schaltdreieck befestigt wäre, welches die äußere Exzentrik in einer stationären Winkelposition hält. Das Eingangsklinkenrad wäre betriebsfertig an der Kurbelwelle angebracht und würde in Übereinstimmung mit derselben rotieren.
Das rotierende Ausgangselement dieser alternativen Form der Erfindung könnte ein konventionelles Antriebskettenrad sein, könnte jedoch alternativ in der Form einer Rolle, Kurbel oder jedem anderen gewünschten rotierenden Ausführungselement sein. Dieses kann angebracht werden, um in Übereinstimmung mit dem Sonnenrad in dem oben beschriebenen Planetenaufbau zu rotieren.
Die Bauteile des Getriebes verblieben funktionell identisch mit denjenigen, die unter Bezugnahme auf die dargestellte Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden sind. Ihre axialen Positionen entlang der Achse X-X könnte umgekehrt werden, um das Ausgangskettenrad an derselben Seite des dargestellten Getriebes anzuordnen wie das Antriebskettenrad 51 in Fig. 1.
Während sich das dargestellte Getriebe vollständig innerhalb eines Gehäuses befindet, sollte deutlich sein, daß die Getriebebauteile (das Planetengetriebe und das kontinuierlich verstellbare Getriebe) separat auf in drehbarer Art und Weise miteinander verbundenen Wellen angeordnet sein könnten, wie z. B. die angetriebenen Radnabe und die Kurbelwelle eines Fahrrads. Als Beispiel könnte das mit Rippen versehene Getriebe innerhalb des Tretkurbelgehäuses eines Fahrrads angeordnet sein und das damit verbundene Übersetzungsgetriebe könnte innerhalb der damit verbundenen, angetriebenen Radnabe angeordnet sein.
Es sollte herausgestellt werden, daß ein Planetengetriebe als zweite Stufe kein notwendiges Merkmal des grundlegenden Getriebes ist, obwohl es wünschenswert ist. Es ermöglicht einen vergrößerten Getriebeübersetzungsbereich, insbesondere innerhalb der Größenbeschränkungen, die bei Fahrradanwendungen auftreten. Es eignet sich auch zur Konstruktion eines kompakten Ausgangs mit zwei Geschwindigkeiten für den Grundaufbau des Getriebes. Das mit Rippen versehene Grundgetriebe könnte jedoch auch in Verbindung mit einer unterschiedlichen Art von Einzel-Geschwindigkeits- oder Mehr-Geschwindigkeits-Getrieben verwendet werden.
Die dargestellte Form des Planetengetriebes kann geändert werden, um ein Zweistufen-Ausgangsgetriebe zu schaffen. Dies würde erfordern, daß das Traggehäuse 66 für das Umfangsrad 56 entlang der Achse X-X beweglich wäre. Das Ringzahnrad könnte dann alternativ mit dem Eingangsklinkenrad 35 (wie dargestellt) oder mit einem festen Rahmenelement (nicht dargestellt) verbunden sein, um den Betrieb des Übersetzungs-Planetengetriebes wie gewünscht während des Betriebs des Getriebes zu verändern. Dieser Zweistufenbetrieb kann sein Übersetzungsverhältnis verdoppeln und in effektiver Art und Weise über den normalen, vollen Bereich der Verhältnisse erweitert werden, die bei einem Fahrrad erwartet werden können.
Als Beispiel, falls das Gehäuse 66 nach rechts in Fig. 1 verschoben werden soll, könnte es mit dem Eingangsklinkenrad 35 verriegelt werden und in Übereinstimmung mit demselben rotieren, und zwar auf die Art und Weise, die unter Bezugnahme auf die dargestellte Ausführungsform im allgemeinen beschrieben wurde. Falls das Gehäuse 66 jedoch nach links verschoben werden soll, um eine Position außer Eingriff relativ zu dem Eingangsklinkenrad 35 einzunehmen, würde das Ringzahnrad 56 durch den Eingriff eines benachbarten Rahmenelements (nicht dargestellt) stationär gehalten werden. Auf diese Art und Weise könnte eine geringfügige axiale Bewegung des Gehäuses 66 zwei verschiedene Geschwindigkeitensverhältnisse in dem Planetengetriebe der zweiten Stufe ermöglichen, welches innerhalb des einen Getriebegehäuses beinhaltet ist. Unterschiedliche Formen von Koppelelementen, Kupplungen, Bremsen und anderen Steuermechanismen können verwendet werden, um diesen erweiterten Betriebsbereich zu erreichen.

Claims

1. Kontinuierlich verstellbares Getriebe, welches ein ringförmiges Klinkenrad (35), das konzentrisch zu einer Achse (X-X) ist und auf dieser drehbar ist, und einen Orbiter (20) aufweist, welcher relativ zu der Achse (X-X) drehbar ist und einen selektiv veränderlichen Exzentrizitätsgrad aufweist, wobei das Getriebe des weiteren eine Vielzahl von Rippen (22) aufweist, welche jeweils einen inneren drehbar an der Achse (X-X) gelagerten Endbereich, einen äußeren Endbereich und einen mittleren Bereich aufweisen, und wobei jede der Rippen (22) an ihrem äußeren Endbereich einen biegsamen bzw. nachgiebigen Zahn (31), welcher mit einem richtungsverzahnten Antriebsring (36) des Klinkenrades (35) in Eingriff bringbar ist, sowie ein Antriebselement (51) aufweist, welches antriebsmäßig mit dem Klinkenrad (35) verbunden ist, um einen sequentiellen Antriebseingriff zwischen dem Antriebsring (36) des Klinkenrades (35) und den äußeren Endbereichen der Rippen (22) zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (22) verschieblich und schwenkbar mit dem Orbiter (20) an ihren jeweiligen mittleren Bereichen verbunden sind.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites ringförmiges Klinkenrad (40) vorgesehen ist, welches auf der Achse (X-X) drehbar ist, eine Vielzahl von zweiten Rippen (25), welche jeweils einen inneren Endbereich, einen äußeren Endbereich und einen mittleren Bereich aufweisen, wobei die zweiten Rippen an ihren jeweiligen inneren Endbereichen der zweiten Rippen (25), und zwar zur variablen Rotation der zweiten Rippen (25) relativ zueinander um die Achse (X-X), wobei die zweiten Rippen (25) des weiteren gelenkig und verschieblich mit dem Orbiter (20) an ihren jeweiligen mittleren Bereichen verbunden sind, und wobei jede der zweiten Rippen (25) an ihrem äußeren Endbereich einen nachgiebigen Zahn (32) aufweist, welcher mit einem verzahnten angetriebenen Ring (37) des zweiten Klinkenrads (40) in Eingriff bringbar ist, wobei das zweite Klinkenrad (40) antriebsfähig mit einem auf der Achse (X-X) drehbaren Antriebselement (57) verbunden ist, und zwar als Reaktion auf den sequentiellen Antriebseingriff zwischen den äußeren Endbereichen der zweiten Rippen (25) und dem angetriebenen Ring (37) des zweiten Klinkenrades (40).

3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe darüber hinaus eine exzentrische Baugruppe (11) aufweist, welche ein äußeres Bauteil (13) aufweist, welches relativ zu der Achse (X-X) radial einstellbar ist, und der Orbiter (20) drehbar auf dem Bauteil (13) angebracht ist, wobei jeder der ersten und zweiten Rippen (22,25) betriebsfähig, radial und einstellbar an den mittleren Bereichen der Flügel (22,25) mit dem Orbiter (20) verbunden ist.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die exzentrische Baugruppe (11) einen inneren Bereich (12) aufweist, welcher drehbar auf einer festen Welle (10) angebracht ist, deren zentrale Längsachse koaxial mit der Achse (X-X) ist.

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Bauteile (12, 13) zueinander und zu der Achse (X-X) exzentrisch sind.

6. Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Bauteil (13) betriebsfähig mit der Welle (10) verbunden ist, und zwar derart, daß sie relativ zu der Welle (10) nicht drehbar ist.

7. Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Einstellmechanismus (18) vorgesehen ist, welcher mit der Welle (10) betriebsfähig verbunden ist.

8. Getriebe nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem verbleibenden, drehbaren Element und dem Abtriebsklinkenrad (40) ein Planetengetriebe vorgesehen ist, wobei das Planetengetriebe ein Hohlrad (56), welches zur Rotation in Übereinstimmung mit dem ersten drehbaren Element angeordnet und um die zentrale Achse zentriert ist, ein Sonnenrad (57), welches auf dem zweiten drehbaren Element gebildet und um die zentrale Achse zentriert ist, und einen Planetenradträger (60) aufweist, welcher um die zentrale Achse drehbar und betriebsfähig mit dem Abtriebsklinkenrad (40) verbunden ist, wobei der Planetenradträger (60) eine Vielzahl von sowohl mit dem Ring- als auch mit dem Sonnenrad (56, 57) in verzahntem Eingriff stehende Planetenräder (58) in drehbarer Art und Weise trägt.

9. Getriebe nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Klinkenrad (35) betriebsfähig mit einem Kettenrad (51) verbunden ist, und daß das zweite Klinkenrad (40) betriebsfähig mit einer Fahrradnabe (52) verbunden ist.

10. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius, an welchem der Orbiter (20) mit den zweiten Rippen (25) verbunden ist, so ausgewählt ist, daß er einen maximalen Radius des Eingriffs mit den zweiten Rippen (25) innerhalb der begrenzenden Größenparameter des Getriebes ermöglicht.

11. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Orbiters (20) und der Rippen (22,25) so ausgewählt ist, daß sie den maximal möglichen Unterschied bezüglich des effektiven Radiuses bieten, an welchem der Orbiter (20) mit den ersten und zweiten Rippen (22,25) verbunden ist.

12. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (22) mit dem Orbiter (20) an ihren jeweiligen mittleren Bereichen an einem nicht festgelegten Drehpunkt verbunden sind, dessen Position auf jeder Rippe sich verändert, wenn das Getriebe angetrieben wird, und zwar in einem Ausmaß, welches von dem Exzentrizitätsgrad abhängt, welcher von dem Orbiter (20) festgelegt ist.