EP0877700A1

EP0877700A1 - Kettenantrieb mit variablem übersetzungsverhältnis

Info

Publication number: EP0877700A1
Application number: EP97913070A
Authority: EP
Inventors: Rolf Bächtiger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1997-11-27
Publication date: 1998-11-18
Also published as: WO1998023481A1

Abstract

Der Kettenantrieb weist ein variables Zahnrad bildende und zum Ziehen einer Laschenkette (1) vorgesehene Zahnsegmente (2) auf, die in Führungsbahnen (6) wenigstens einer Führungsplatte (3) radial verschiebbar angeordnet und über wenigstens ein flexibles oder starres Zugelement (40) mit einer Antriebswelle (7) verbunden sind, wobei einer Drehung der Antriebswelle (7) relativ zur Führungsplatte (3), die zu einer automatischen und stufenlosen Änderung des Übersetzungsverhältnisses bzw. zu einer Änderung der radialen Lage der Zahnsegmenten (2) führt, durch wenigstens ein erstes elastisches Element (41) entgegengewirkt wird. Die Zahnsegmente (2) weisen ein Führungsteil (20) sowie einen darin tangential zum variablen Zahnrad verschiebbar gelagerten Zahnkranz (10) auf, der von wenigstens einen zweiten elastischen Element (24) zwischen zwei Anschlägen (23) gehalten wird, wodurch dessen Synchronisation mit der Laschenkette (1) ermöglicht wird. Das Kettengetriebe erlaubt die automatische, stufenlose Anpassung des Übersetzungsverhältnisses an das verfügbare Drehmoment, wobei der synchrone Eingriff jedes Zahnkranzes (10) in die Laschenkette (1) gewährleistet bleibt.

Description

Kettenantrieb mit variablem Übersetzungsverhältnis

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kettenantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur weitgehend verschleissfreien und schlupflosen Kraftübertragung zwischen zwei einen relativ grossen Abstand zueinander aufweisenden Wellen werden oft Kettenantriebe verwendet. Dazu werden die Wellen mit Zahnrädern versehen, die über eine Kette miteinander verbunden werden. Durch die Wahl der Durchmesser der verwendeten Zahnräder wird das Übersetzungsverhältnis des Kettenantriebes festgelegt. Zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses sind bei bekannten Kettenantrieben auf zumindest einer Welle mehrere Zahnräder unterschiedlichen Durchmessers vorgesehen. Durch das Umlenken der Kette von einem ersten zu einem zweiten Zahnrad lässt sich das Übersetzungsverhältnis bzw. das Verhältnis der Durchmesser der über die Kette miteinander verbundenen Zahnräder stufenweise verstellen. Dabei ist bekannt, dass die (Antriebs-) Kette immer genau rechtwinklig zu beiden Wellen laufen soll und in sich nicht verdreht werden darf. Dies ist bei fein abgestuften Getrieben wegen der Vielzahl der notwendigerweise nebeneinander liegenden Kettenräder nicht mehr gegeben. Durch das in den bekannten Kettenantrieben übliche Umlenken der Kette zwischen mehreren Zahnrädern entstehen Kantenpressungen und ein starker Verschleiss in den Gelenken. Femer erfordert das Umlenken einen relativ grossen Kraftaufwand. Kettenantriebe mit derart veränderbarem Übersetzungsverhältnis sind ferner zur Verwendung in automatischen Antrieben schlecht geeignet.

Bei automatischen Kettenantrieben soll nämlich das Übersetzungsverhältnis unter Last innerhalb kurzer Zeit selbsttätig derart ändern, dass das auf die Antriebswelle wirkende Lastdrehmoment innerhalb vorgegebener Grenzen verbleibt. Ein Kettenantrieb mit automatisch änderndem Übersetzungsverhältnis ist aus der EP 0 116 731 A1 bekannt. In diesem Antrieb, in dem das Übersetzungsverhältnis durch die kon- tinuierliche Änderung des Durchmessers eines variablen Zahnrades automatisch verstellt wird, sind zwei miteinander verbundene äussere Platten vorgesehen, die über eine Feder mit einem Sternrad verbunden sind, dessen Enden über je einen Steg mit radial in den äusseren Platten geführten kleinen Zahnrädern verbunden sind., die den Zahnkranz des variablen Zahnrades bilden. Durch die Änderung des über die Antriebskette auf das variable Zahnrad oder des über vorgesehene Pedalen auf die Platten einwir- kenden Drehmomentes werden die beiden Platten relativ zum Sternrad verdreht, wodurch die kleinen Zahnräder nach innen oder nach aussen verschoben werden. Dadurch wird entsprechend der Drehmomentänderung automatisch der Durchmesser des variablen Zahnrades und proportional dazu das Übersetzungsverhältnis geändert.

Der aus der EP 0 116 731 A1 bekannte stufenlos verstellbare Kettenantrieb weist insbesondere den folgenden Nachteil auf. Da die stufenlose Verstellung des Übersetzungsverhältnisses auch eine stufenlose Veränderung des Durchmessers des Antriebsrades zur Folge hat, entspricht die Zahnteilung der für den Eingriff in die Laschenkette (Rollenkette) vorgesehenen Antriebszähne selten der Teilung der Rollen der Laschenkette. In diesem Fall können die Antriebszähne während dem gegenseitigen Eingreifen direkt auf eine Rolle der Laschenkette auftreffen, wodurch der korrekte Betrieb des Kettenantriebs in Frage gestellt ist. Die Laschenkette kann unter Umständen vollständig aus dem Eingriff des Antriebsrades geraten. Zumindest ist mit erhöhten Belastungen der Antriebszähne und Laschenkette zu rechnen. Ferner besteht die Gefahr, dass kein Eingreifen der Zahnräder in die Zahnkette erfolgt. Dadurch erhöht sich jedoch die Beanspruchung der in die Kette eingreifenden Zähne und der einzelnen Kettenglieder.

Bei dem in der EP 0 116 731 A1 beschriebenen Kettenantrieb wird zudem eine Feder verwendet, die eine hohe Federkonstante aufweisen muss, um das Übersetzungsverhältnis in einem üblichen Bereich ändern zu können. Beim Anfahren des Rades wird die Feder gespannt, wodurch die Zahnräder nach innen gezogen werden (kleiner Radius des Zahnrades), nach einer Reduktion des angelegten Drehmomentes müssen die Zahnräder durch die Federkraft wieder nach aussen gestossen werden. Federelemente mit den dazu erforderlichen Federkonstanten sind kaum marktüblich und nur schwer montierbar. Da die Antriebskette nur an wenigen Punkten des die Form eines Vielecks aufweisenden Zahnrades aufliegt, ändert sich ferner während jeder Umdrehung mehrmals das auf dieses Rad übertragene Drehmoment bzw. die von diesem Rad auf die Kette ausgeübte Zugkraft. Durch auftretende Schwingungen und Schläge ergibt sich dabei eine Verschlechterung des Wirkungsgrades des Kettenantriebes. Besonders negativ wirkt sich diese Modulation des auf die Antriebswelle wirkenden Lastdrehmomentes auch auf den Fahrkomfort bei Fahrrädern aus, die mit einem derartigen Kettenantrieb ausgerüstet sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen automatischen Kettenantrieb mit radial verschiebbaren Segmenten zu schaffen, die wenigstens einen Antriebszahn aufweisen, der unabhängig vom eingestellten Übersetzungsverhältnis immer korrekt zwischen die Rollen einer Laschenkette eingreifen kann. Femer soll die Verwendung einer Feder mit extrem hoher Federkonstante sowie eine störende Modulation des auf die Antriebswelle einwirkenden Drehmomentes vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnah- men gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angegeben.

Beim erfindungsgemässen Kettenantrieb wird durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses automa- tisch ein nahezu konstantes Lastdrehmoment eingestellt. Durch das korrekte Eingreifen der tangential verschiebbaren Kettenzähne in die Laschenkette treten kaum Verschleisserscheinungen auf. Durch die Verwendung mehrerer Antriebszähne für jedes radial verschiebbare Segment erfolgt ferner eine gleich- massige Verteilung der Zugkraft. Dadurch wird eine Modulation des auf die Antriebswelle einwirkenden Drehmomentes vermieden. Durch die Verwendung eines gesonderten Federeiementes für jedes Seg- ment können z.B. leicht montierbare Spiralfedern mit relativ niedriger Federkonstante verwendet werden. Die einzelnen, jedem radial verschiebbaren Segment zugeordneten Federelemente verhindern insbesondere auch das Auftreten eines störenden mechanischen Spiels der Lager und Führungsbahnen. Durch weitere Massnahmen zur Synchronisation der Antriebszähne mit der Laschenkette erfolgt der Eingriff der Antriebszähne zwischen die Rollen der Laschenkette noch präziser. Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen zur Montage an einem Fahrrad vorgesehenen Kettenantrieb, Fig. 2 einen aus mehreren radial verschiebbaren Segmenten 2 gebildeten Zahnkranz, der zum Ziehen einer Laschenkette 1 vorgesehen ist, Fig. 3 eine Schnittdarstellung sowie eine seitliche Darstellung eines der in Fig. 2 gezeigten Segmente 2, das aus einem Führungsteil 20 und einem darin verschiebbar gelagerten Zahnkranz 10 besteht, Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Führungsteils 20, Fig. 5 den Zahnkranz 10,

Fig. 6 den Kettenantrieb gemäss Fig. 1 mit zum Antrieb der Segmente 2 vorgesehenen Zugelementen 40, Fig. 7 eine Schnittdarstellung des in Fig. 6 gezeigten Kettenantriebes, Fig. 8 den Kettenantrieb gemäss Fig. 1 mit integrierten Zugelementen 40, Fig. 9 eine Schnittdarstellung des in Fig. 8 gezeigten Kettenantriebes, Fig. 10 ein mit einem Dämpfungsmechanismus versehener Kettenantrieb, Fig. 11 den Dämpfungsmechanismus gemäss Fig. 10 im Detail,

Fig. 12 eine vorzugsweise Ausgestaltung der in Fig. 2 gezeigten Segmente 102, die in einem Hohlkörper 300 angeordnet sind,

Fig. 13 den Hohlkörper 300 mit einem darin radial verschiebbar gelagerten Segment 102 und Fig. 14 einen zur Verbindung der Segmente 102 geeigneten Koppelstab 108.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemässen über eine Welle 7 mit Pedalen 5 verbundenen Kettenantrieb, der sechs kreisförmig angeordnete und zum Ziehen einer Laschenkette 1 vorgesehene Zahnsegmente 2 aufweist, die zwischen zwei Führungsplatten 3 angeordnet und in darin vorgesehenen Führungsbahnen 6 radial (der Begriff radial bedeutet im vorliegenden Zusammenhang eine Bewegung, die auf einer geraden, geneigten oder gekrümmten Bahn annähernd vom Mittelpunkt zum Rand der Führungsplatte erfolgt; nur vorzugsweise erfolgt diese Bewegung präzis entlang dem Radius) verschiebbar gelagert sind. Die Laschenkette 1 ist über ein Umienkrad 4 geführt, so dass vorzugsweise nie mehr als die Hälfte der Zahnsegmente 2 in einem Bereich eb gleichzeitig im Eingriff mit der Laschenkette 1 sind.

In Fig. 2 ist ersichtlich, dass durch die radiale Verschiebung der Zahnsegmente 2 verschiedene Durchmesser des durch die Zahnsegmente 2 gebildeten Zahnrades einstellbar sind (siehe Kreis k1 , Kreis k2). Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass gleichzeitig relativ viele Zähne 11 in die Laschenkette 1 eingreifen. Ferner ist ersichtlich, dass zwischen den einzelnen Zahnsegmenten 2 bzw. deren Enden nur geringe Abstände auftreten, in denen die Laschenkette 1 nicht gestützt wird. Die Laschenkette 1 wird daher auch bei nach aussen geschobenen Zahnsegmenten 2 nahezu entlang einer Kreisbahn geführt, wodurch das auf die Welle 7 einwirkende Drehmoment nahezu konstant bleibt. In Fig. 2 sind ferner in einer vorzugsweisen Ausgestaltung vorgesehene Stäbe 8 gezeigt, die zum gegenseitigen Ankoppeln der Zahnsegmente 2 in einem Abstand dienen, der gewährleistet, dass alle Zähne 11 der gekoppelten Zahnsegmente 2 korrekt in die Laschenkette 1 eingreifen können.

Anhand der Figuren 3, 4 und 5 wird ein einzelnes Zahnsegment 2 näher erläutert. Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung (siehe Fig. 3b) sowie eine seitliche Darstellung des Zahnsegmentes 2 (siehe Fig. 3a), das aus einem in Fig. 4 detailliert dargestellten Führungsteil 20 und einem in Fig. 5 detailliert dargestellten Zahnkranz 10 besteht, der sechs Zähne 11 , beidseitig einen Flügel 13 und ein Koppelelement 14 aufweist. Lediglich in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Zahnkranz 10 die zwei gezeigten Ösen 15 und 16 zur Befestigung eines Koppelstabes 8 und eines Steuerungshebels 9 auf. Das Führungsteil 20 weist zur Aufnahme des Zahnkranzes 10 zwei Flügelbahnen 22 auf, innerhalb denen die beiden Flügel 13 des Zahnkranzes 10 verschiebbar gelagert sind. Gehalten wird der Zahnkranz 10 durch ein ein- oder mehrteiliges elastisches Element bzw. ein Federelement 24, das zwischen zwei im Führungsteil 20 vorgesehenen Anschlägen 23 angeordnet und vorzugsweise über ein Verbindungselement 25 mit dem Koppelelement 14 des Zahnkranzes 10 verbunden ist. Der Zahnkranz 10 kann daher im Führungsteil 20 seitlich bewegt werden, bis das Koppelelement 14 an einem der Anschläge anstösst.

Aus Fig. 3 und 4 ist ferner ersichtlich, dass das Führungsteil 20 eine Führungsleiste 21 aufweist, die in einer Führungsbahn 6 der Führungsplatte 3 führbar ist (zur Verminderung der Reibungsverluste können anstelle der Führungsleisten 21 auch in den Führungsbahnen 6 führbare Rollen vorgesehen werden. Ein Zahnsegment 2 ist daher mittels der beidseitig vorgesehenen Führungsleisten 21 zwischen den beiden Führungsplatten 3 radial verschiebbar gelagert.

Durch die erfindungsgemässe vorgesehene Verschiebbarkeit des Zahnkranzes 10 im Führungsteil 20 gelingt die Synchronisation der Zähne 11 , die normalerweise nach jeder radialen Verschiebung der Zahnsegmente 2 erforderlich ist. Falls der erste Zahn 17 eines noch nicht synchronisierten Zahnkranzes 10 auf eine Rolle der Laschenkette 1 trifft, wird der Zahnkranz 10 soweit zurück oder nach vorn geschoben bis der Zahnkranz 10 synchronisiert ist. Danach wird das Führungsteil 20 weiter geschoben bis das Koppelelement 14 auf den betreffenden vorderen oder hinteren Anschlag 23 auftrifft, wonach die Laschenkette 1 von dem betreffenden Zahnsegment 2 mitgezogen wird. Zur leichteren Synchronisation wird der erste Zahn 17 (links und/oder rechts) des Zahnkranzes 10 vorzugsweise derart ausgestaltet, dass er immer mit einer Flanke auf eine Rolle der Laschenkette 1 auftrifft, wonach der Zahnkranz 10 durch die über den ersten Zahn 17 gleitende Rolle der Laschenkette 1 verschoben und somit synchronisiert wird. Die in die Laschenkette 1 eingreifenden Zahnsegmente 2 sind (über die La- schenkette 1) miteinander verkoppelt. Die restlichen Zahnsegmente 2 können sich frei gegeneinander verschieben und gleichen eine bei der Änderung des Übersetzungsverhältnisses gegebenenfalls entstehende Zahnteilungsdifferenz aus. Die etwa drei Zahnsegmente 2, die im Umschlingungsbereich eb der Laschenkette 1 liegen, bleiben radial verschiebbar. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Synchronisation eines Zahnkranzes 10 bevor dessen erster Zahn 17 in die Laschenkette 1 eingreift. Dazu ist jeder Zahnkranz 10 frontseitig über eine Achse 35 und eine Öse 16 mit einem z.B. durch den Flügel 13 ragenden Steuerungshebel 9 und rückseitig über eine Achse 34 und eine Öse 15 mit einem Koppelstab 8 verbunden, der in das nachfol- gende Zahnsegment 2 bzw. in dessen Führungsteil 20 hinein ragt und durch den Steuerungshebel 9 des nachfolgenden Zahnsegmentes 2 fixierbar ist. Der um die Achse 35 drehbare Steuerungshebel 9, der jeweils von der Laschenkette 1 niedergedrückt wird, weist dazu einen Zahn 31 auf, der in eine der im Koppelstab 8 vorgesehenen Aussparungen 32 eingreift und den noch nicht im Eingriff mit der Laschenkette 1 stehenden, im Führungsteil 20 verschiebbar gelagerten Zahnkranz 10 verschiebt, bis die korrekte Zahnteilung über beide Zahnsegmente 2 eintritt. Dieser Synchronisiervorgang bzw. das Ankoppeln eines Zahnsegmentes 2 erfolgt jeweils kurz vor dem Eingriff in die Laschenkette 1. Der am Zahnsegment 2 vorgesehene Steuerungshebel 9 tastet die Entfernung zur Laschenkette 1 laufend ab und wird von dieser niedergedrückt, sobald sich das Zahnsegment 2 der Laschenkette 1 nähert. Mit dem Niederdrücken des Steuerungshebels 9 werden die Zahnkränze 10 der Zahnsegmente 2 in einen gegenseitigen Abstand gebracht, in dem die Antriebszähne 11 mit der erforderlichen Zahnteilung übereinstimmen. Sobald sich das betreffende Zahnsegment 2 wieder von der Laschenkette 1 löst, wird der Steuerungshebel 9 durch ein elastisches Element 37 wieder nach oben gedrückt, wonach der Hebelzahn 31 den Koppelstab 8 des benachbarten Zahnsegmentes 2 wieder freigibt. Dadurch wird dafür gesorgt, dass der bei gewissen Übersetzungsverhältnissen nicht vermeidbare Fehler der Zahnteilung immer ausserhalb des Umschlin- gungsbereichs eb der Laschenkette 1 liegt. Zwischen den Staböffnungen 32 jedes Koppelstabes 8 sind schmale Stege 36 vorgesehen, die vorzugsweise keilförmig gegen den Hebelzahn 31 gerichtet sind, wodurch gewährleistet wird, dass der Hebelzahn 31 immer in eine Staböffnung 32 hinein gleitet und nicht durch einen Steg 36 blockiert wird. Die in die Laschenkette 1 eingreifenden Zahnsegmente 2 sind daher zusätzlich über den Koppelstab 8 miteinander verkoppelt. Die restlichen Zahnsegmente 2 können sich wiederum frei gegeneinander verschieben und gleichen eine bei der Änderung des Übersetzungsverhältnisses gegebenenfalls entstehende Zahnteilungsdifferenz aus. Die etwa drei Zahnsegmente 2, die im Umschlingungsbereich eb der Laschenkette 1 liegen und über Koppelstäbe 8 miteinander verbunden sind, bleiben radial verschiebbar. Die etwa drei Zahnsegmente 2 bilden somit den wirksamen Teil des Antriebs-Zahnrades. Das Verstellen des Durchmessers des Zahnrades ist in gewissen Grenzen möglich, nämlich bis zum Auftreffen des Koppelelementes 14 (gegebenenfalls des Verbindungselementes 25) auf den Anschlag 23.

Die Koppelstäbe 8 sind vorzugsweise, z.B. entsprechend dem mittleren Kreisumfang des Antriebsrades oder der korrespondierenden Aufnahmeöffnung im Führungsteil 20, gebogen. Dadurch lassen sich die Koppelstäbe 8 leichter in die Führungsteile 20 einschieben. Ferner kann durch eine entsprechende Biegung der Koppelstäbe 8 ein Abstützen der Laschenkette 1 zwischen den Zahnsegmenten 2 erreicht werden. Im Gegensatz zu den in der EP 0 030 992 A1 oder der EP 0 185 799 A1 gezeigten Getrieben sind die Zahnsegmente 2 beidseitig in Führungsplatten 3 und nicht nur durch eine Führungsplatte sowie eine zur radialen Verschiebung der Zahnsegmente 2 dienenden Stellscheibe geführt. Dadurch wird ein Verkanten der Zahnsegmente 2 vermieden. Der Antrieb der Zahnsegmente 2 erfolgt im Gegensatz zum genannten Stand der Technik beidseitig durch Zugelemente 40 (starre vorzugsweise um die Antriebswelle 7 gebogene Zugstangen oder flexible Elemente (aufwickelbare Ketten, etc.)), die innerhalb (siehe Fig. 8 und Fig. 9) oder ausserhalb (siehe Fig. 6 und Fig. 7) der Führungsplatten 3 angeordnet und einerseits mit einem Zahnsegment 2 und andererseits über ein ein- oder zweiteiliges Zentralteil 44 mit der Antriebswelle 7 verbunden sind. Zur Erstellung der betreffenden Verbindungen werden vorzugsweise Schrauben 43 bzw. 47 verwendet. Die Schraube 47 wird z.B. in ein in der Führungsleiste 21 vorgesehenes Gewinde 26 eingeschraubt. Aus Fig. 7 und Fig. 9 ist ersichtlich, dass unter jedem Zahnsegment 2 ein elastisches Element, vorzugsweise eine Spiralfeder 41 vorgesehen ist, die das betreffende Zahnsegment 2 nach aussen drückt. Durch die Kraftverteilung auf mehrere Spiralfedern 41 können dieselben eine tiefere Federkonstante aufweisen. Zudem wird jedes Zahnsegment 2 aufgrund der darauf einwirkenden Federvorspannung spielfrei gehalten. Die Führungsplatten 3 weisen je einen Führungsring 46 auf der in einem Gleitsitz 45 im Zentralteil 44 drehbar gelagert ist. Falls das von der Laschenkette 1 über die Zahnsegmente 2, die Führungsplatten 3 und das Zentralteil 44 auf die Antriebswelle 7 ausgeübte Drehmoment grösser als ein vorgesehenes Solldrehmoment ist, erfolgt eine Bewegung des Zentralteils 44 relativ zu den Führungsplatten 3. Wie in Fig. 6 ersichtlich ist, werden die Zahnsegmente 2 durch die Zugelemente 40 nach innen gezogen (siehe radial nach innen verschobenes Zahnsegment 2" und Führungsleiste 21") bis das Drehmoment den vorgesehenen Wert annimmt. Sobald die über die Laschenkette 1 ausgeübte Zugkraft nachlässt und sich das Drehmoment entsprechend reduziert, werden die Zahnsegmente 2 durch die Spiralfedern 41 wieder weiter nach aussen gestossen, wodurch das Lastdrehmoment wiederum den vorgesehenen Wert annimmt.

Die Spiralfedern 41 sind zwischen den Führungsplatten 3 auf einer Halterung 42 befestigt und sollen vorzugsweise vorgespannt werden können, um ein gewünschtes Solldrehmoment einzustellen. Dazu wird die Halterung 42 vorzugsweise verschiebbar angeordnet. Ferner können Federelemente 41 mit unterschiedlichen Federkonstanten verwendet werden.

Das in dem in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigten Kettenantrieb mit der Antriebswelle 7 verbundene Zentralteil 50 weist einen Zahnkranz 54 auf, der über mehrere über Achsen 53 mit den Führungsplatten 3' verbundene Zahnräder 51 einen mit den Zugelementen 40 verbundenen Zwischenring 52 antreibt, der innerhalb der Führungsplatten 3' drehbar gelagert ist. Die Führungsplatten 3' weisen wiederum Führungsringe 55 auf, die in das Zentralteil 50 hinein ragen und dadurch gegen eine axiale Verschiebung gesichert sind. Zwischen den Führungsplatten 3' und dem Zentralteil 50 ist ferner ein Gleitsitz 56 vorgesehen. Diese vorzugsweise Ausgestaltung der Erfindung erlaubt die Anordnung der Elemente des erfindungsgemäs- sen Kettenantriebs auf engem Raum. Ferner sind die Zugelemente 40 und deren Verbindungselemente 43, 47 gegen Einwirkungen von aussen geschützt. Schnellen Änderungen des Antriebsdrehmomentes, das beim Fahrrad mit jeder halben Pedalumdrehung zwischen null und einem Maximalwert ändert, soll der Verstellmechanismus vorzugsweise nicht folgen. Beim Anfahren aus dem Stillstand tritt die Situation auf, dass der Fahrer mit seinem ganzen Gewicht auf die Pedale tritt und schlagartig ein Moment erzeugt, das nach dem Anfahren kaum mehr auftritt. Deshalb muss verhindert werden, dass sich das Übersetzungsverhältnis sofort dem Antriebsdrehmoment anpasst. Vielmehr muss ein Mechanismus geschaffen werden, der schnellen Änderungen der Momente eine Dämpfung bzw. Verzögerung entgegensetzt, so dass sich die Regelung nur auf Mittelwerte einstellt. Erst dann ist gewährleistet, dass die Fortbewegung mittels Tretvorgang harmonisch und mit minimalem Kraftaufwand erfolgt.

Dieser Dämpfungsmechanismus wird erfindungsgemäss dadurch bewerkstelligt, dass die Antriebswelle 7, wie in Fig. 10 und Fig. 11 dargestellt, über wenigstens zwei Zahnräder 60, 61 zumindest eine über eine Achse 65 mit einer Führungsplatte 3 verbundene Scheibe 62 antreibt, die auf zweierlei Arten eine Dämpfungswirkung entfaltet. Einerseits wirkt die angetriebene Scheibe 62 aufgrund ihres Massenträgheitsmomentes und der Zahnradübersetzung allen schnellen Drehungen der Antriebswelle 7 relativ zu den Führungsplatten 3 entgegen, so dass sprunghafte Radialbewegungen der Zahnsegmente 2 vermieden werden. Dieser Dämpfungsmechanismus entfaltet seine Dämpfungswirkung speziell bei schnellen Schwankungen des Drehmomentes.

Die verwendeten Scheiben 62 sind vorzugsweise mit einem oder mehreren Schlitzen 66 versehen, in denen radial verschiebbare Bremskörper 63 nach aussen bis zu einer Reibungsfläche 64, z.B. die Innenseite eines Zylinders, führbar sind. Die zweite Dämpfungswirkung beruht daher auf dem Prinzip des Fliehkraftreglers und setzt erst dann spürbar ein, wenn die Winkelgeschwindigkeit der Antriebsachse 7 relativ zu den Führungsplatten 3 eine gewisse Grosse erreicht hat. Beim Überschreiten dieser Grosse werden die auf den Scheiben 62 angeordneten Bremskörper 63 nach aussen gegen die Reibungsfläche 64 gedrückt, wodurch einer weiteren Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 7 relativ zu den Führungsplatten 3 entgegengewirkt wird. In einer vorzugsweisen Ausgestaltung der Erfindung wird anstelle der Bremskörper 63 eine viskose Flüssigkeit innerhalb der Scheibe 62 vorgesehen, wodurch ein wartungsfreier Dämpfungsmechanismus geschaffen wird.

Fig. 12a zeigt ein vorzugsweise ausgestaltetes Segment 102, das in einem Hohlkörper 300 radial verschiebbar angeordnet und über Koppelstäbe 108 mit benachbarten Segmenten 102 verbindbar ist (siehe Fig. 12b). Die Verbindung erfolgt nicht, wie in Fig. 3 gezeigt, durch einen Steuerungshebel 9, sondern durch wenigstens einen auf den Flügeln 113 des verschiebbaren Zahnkranzes 110 angeordneten Nocken 1000, der zur Synchronisation der Zahnkränze 110, vorzugsweise zwischen Rollen 1081 , in Aussparungen 1083 des Koppelstabes 108 eingeführt wird. Fig. 14 zeigt einen vorzugsweise ausgestalteten Koppelstab 108, der zwei je mit Aussparungen 1083 versehene Platten 1084 aufweist, durch die der Zahnkranz 110 derart umfasst wird, dass die Aussparungen 1083 über einem Flügel 113 bzw. einem Nocken 1000 angeordnet sind. Die Aussparungen 1083 sind vorzugsweise durch Rollen 1081 begrenzt, durch die der Nocken 1000 in der betreffenden Aussparung 1083 geführt und gehalten wird. Die Hohlkörper 300 weisen Führungsnuten 301 auf, in die der Koppelstab 108 bzw. die Platten 1084 einführbar sind. Durch eine radiale Bewegung des im Hohlkörper 300 verschiebbar gelagerten Segmentes 102 wird der Zahnkranz 110 zwischen die Platten 1084 und jeder Nocken 1000 in einer Aussparung 1083 des Koppelstabes 108 geführt. Die Segmente 102 weisen wiederum ein Führungsteil 20 mit Führungsleisten 21 auf, die in einer Nut 305 des Hohlkörpers 300 geführt sind. Der Hohlkörper 300 weist ebenfalls Führungsleisten 302 auf, die in den Führungsbahnen 6 der Führungsplatten 3 radial verschiebbar angeordnet werden. Die Hohlkörper 300 werden (wie die in Fig. 3 beschriebenen Segmente 2) durch elastische Elemente 41 , z.B. Spiralfedern, nach aussen gedrückt, wodurch sich der wirksame Umfang des Kettenantriebes verändert. Durch die radiale Verschiebung des Segmentes 102 wird einerseits der Nocken 1000 in den Koppelstab 108 und andererseits der Zahnkranz 110 in die Laschenkette 1 eingeführt. Der Zahnkranz 102 wird daher zuerst tangential eingestellt (synchronisiert) und anschliessend mit der Laschenkette 1 verbunden. Jeder Hohlkörper 300 ist femer über ein flexibles oder starres Zugelement (40) mit der Antriebswelle (7) verbunden.

Zum Anheben jedes Segmentes 102 ist ein Kipphebel 400 vorgesehen, der in eine Öffnung 303 des Hohlkörpers 300 hinein ragt und darin mit einer Achse 304 gehalten wird. Der Kipphebel weist einen um die Achse 304 drehbaren Hebel 401 auf, an dessen Enden Rollen 402 und 403 angeordnet sind. Durch den Kipphebel 400 wird eine parallel und koaxial zur Führungsplatte 3 angeordnete fest stehende, z.B. mit dem Fahrzeugrahmen verbundene Steuerscheibe 200 abgetastet, auf der wenigstens in einem Sektor ein Steuersegment 201 angeordnet ist, durch das der umlaufende Kipphebel 400 innerhalb eines Winkelbereichs 202 gekippt und das Segment 102 angehoben wird. Wie in Fig. 8 gezeigt, sind in der Führungsplatte 3 Schlitze 203 vorgesehen, aus denen je ein Hebel 401 mit der Rolle 402 zur Steuerscheibe 200 hin heraus geführt ist. Vorzugsweise wird der Kipphebel 400 jedoch ebenfalls durch den Führungsschlitz 6 hindurch geführt. Die Steuerscheibe 200 bzw. das Steuersegment 201 ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass jeweils nur ein Kipphebel 400 betätigt wird und somit jeweils nur ein Zahnkranz 110 im Eingriff mit der Laschenkette 1 ist.

Damit der Kipphebel 400 die Oberfläche der Steuerscheibe 200 korrekt abtastet, ist ein elastisches Element 306 (gezeigt ist nur eine mögliche Position) im Hohlkörper 300 vorgesehen, durch das das Segment 102 radial nach innen gedrückt (gegebenenfalls gezogen) wird. Dadurch wird auch gewährleistet, dass der Zahnkranz 110 nur dann im Eingriff mit der Laschenkette 1 ist, wenn dies durch die Steuerscheibe 200 vorgesehen ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Kettenantrieb mit zum Ziehen einer Laschenkette (1) vorgesehenen, ein Zahnrad mit variablem Durchmesser bildenden Zahnsegmenten (2), die in Führungsbahnen (6) wenigstens einer Führungsplatte (3) radial verschiebbar angeordnet und über wenigstens ein flexibles oder starres Zugelement (40) mit einer Antriebswelle (7) verbunden sind, wobei einer Drehung der Antriebswelle (7) relativ zur Führungsplatte (3), die zu einer automatischen und stufenlosen Änderung des Übersetzungsverhältnisses bzw. zu einer Änderung der radialen Lage der Zahnsegmente (2) führt, durch wenigstens ein erstes elastisches Element (41) entgegengewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnsegmente (2) ein Führungsteil (20) sowie einen darin tangential zum variablen Zahnrad verschiebbar gelagerten Zahnkranz (10) aufweisen, der von wenigstens einem zweiten elastischen Element (24) zwischen zwei Anschlägen (23) gehalten wird, wodurch dessen Synchronisation mit der Laschenkette (1) ermöglicht wird.

2. Kettenantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zahnkranz (10) ein Koppelelement (14) aufweist, das mit dem zweiten elastischen Element (24) verbunden ist und das zusammen mit den Anschlägen (23) das Mass der tangentialen Verschiebbarkeit des Zahnkranzes (10) relativ zum Führungsteil (20) bestimmt.

3. Kettenantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes mit einem verschiebbaren Zahnkranz (110) versehene Segment (102) in einem Hohlkörper (300) radial verschiebbar gelagert ist, der Führungsleisten (302) aufweist, die in die Führungsbahnen (6) der Führungsplatte (3) hinein ragen und dass jeder radial verschiebbare Hohlkörper (300) über ein flexibles oder starres Zugelement (40) mit einer Antriebswelle (7) verbunden ist.

4. Kettenantrieb nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Führungsplatten (3) vorgesehen sind, zwischen denen die Zahnsegmente (2, 102) bzw. die Hohlkörper (300) geführt und je von einem ersten elastischen Element (41) gestützt sind, welche die zugehörigen, in den Bahnen (6) geführten Zahnsegmente (2) bzw. Hohlkörper (300) radial nach aussen drücken.

5. Kettenantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten elastischen Elemente (41) Spiralfedern sind, die in verstellbaren oder nicht verstellbaren Halterungen (42) angeordnet sind.

6. Kettenantrieb nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnsegmente (2) bzw. die Hohlkörper (300) beidseitig mit flexiblen oder festen, ausserhalb oder innerhalb der

Führungsplatten (3) angeordneten Zugelementen (40) verbunden sind, die direkt mit der Antriebswelle (7) oder einem damit verbundenen Zentralteil (44) oder die über einen mit einer Verzahnung versehenen Zwischenring (52) sowie wenigstens drei in den Führungsplatten (3) gelagerte Zahnräder (51) mit einem eine Verzahnung (54) aufweisenden und mit der Antriebswelle (7) verbundenen Zentralteil (50) gekoppelt sind.

7. Kettenantrieb nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass der vorderste und oder der hinterste Zahn (17) des Zahnkranzes (10) derart ausgestaltet ist, dass beim Eingreifen des

Zahnkranzes (10) in die Laschenkette (1) immer mit einer Flanke auf eine Rolle der Laschenkette (1) auftrifft.

8. Kettenantrieb nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umienkrad (4) vorgesehen ist, durch das die Kettenumschlingung des durch die Zahnsegmente (2) gebildeten variablen

Zahnrades auf einen Winkel beschränkt wird, der kleiner als 180° ist.

9. Kettenantrieb nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (7) mit einem Zahnrad (60) verbunden ist, das zum Antrieb wenigstens eines über eine Achse (65) mit einer Führungsplatte (3) verbundenen Zahnrades (61) vorgesehen ist, das fest mit einer Scheibe (62) verbunden ist.

10. Kettenantrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (62) eine Flüssigkeit enthält oder in Schlitzen (66) geführte Bremselemente (63) aufweist, deren Radialbewegung nach aussen durch eine Reibungsfläche (64), vorzugsweise eine Zylinderfläche, beschränkt wird.

11. Kettenantrieb nach einem der Ansprüche 3 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Hohlkörper (300) drehbar verbundener Kipphebel (400) vorgesehen ist, der einerseits die Oberfläche einer fest stehenden Steuerscheibe (200) abtastet und der andererseits durch eine Öffnung (303) in den Hohlkörper (300) hinein ragt und das Segment (102) entsprechend der abgetasteten Oberfläche der Steuerscheibe (200) radial verschiebt und dass die Steuerscheibe (200) derart ausgestaltet ist, dass jeweils wenigstens einer der Kipphebel (400) betätigt wird.

12. Kettenantrieb nach einem der Ansprüche 1 - 11 , dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zahnkranz (10) über Achsen (34; 35) frontseitig mit einem einen Hebelzahn (31) aufweisenden Steuerungshebel (9) und rückseitig mit einem im Raster der Zahnteilung Aussparungen (32) aufweisenden Koppelstab (8) verbunden ist, dass das Führungsteil (20) zur Aufnahme des Koppelstabes (8) des benachbarten Zahnsegmentes (2) vorgesehen ist und dass der durch ein drittes elastisches Element (37) nach oben gedrückte Steuerungshebel (9) derart ausgestaltet ist, dass er beim Annähern an die Laschenkette (1) durch diese derart niedergedrückt wird, dass der Hebelzahn (31) in eine Aussparung (32) des Koppelstabes (8) hinein gleitet und somit durch entsprechende Verschiebung des noch nicht im Eingriff mit der Laschenkette (1) stehenden Zahnkranzes (10) die korrekte Zahnteilung einstellt.

13. Kettenantrieb nach einem der Ansprüche 1 - 11 , dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zahnkranz (110) mit einem mehrere Aussparungen (1083) aufweisenden Koppelstab (108) verbunden ist, dass jeder Hohlkörper (200) eine Führung (301) zur Aufnahme des mit dem benachbarten Zahnkranz (110) verbundenen Koppelstabes (108) aufweist und dass jeder Zahnkranz (110) wenigstens einen Nocken (1000) aufweist, der bei radialer Verschiebung des Segmentes (102) in eine Aussparung (1083) hinein geführt wird.

14. Kettenantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Koppelstab (108) zwei mit Aussparungen (1083) versehene Platten (1084) aufweist, zwischen denen hindurch der Zahnkranz (110) führbar ist und dass auf beiden Flügeln (113) des Zahnkranzes (110) Nocken (1000) angeordnet sind, die bei radialer Verschiebung des Segmentes (102) in eine Aussparung (1083) hinein geführt werden.

15. Kettenantrieb nach einem der Ansprüche 12 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (32) des Koppelstabes (8) durch schmale, keilförmig radial nach aussen gerichtete Stege (36) oder durch Rollen (1081) unterteilt sind.