WO2004067368A1

WO2004067368A1 - Planetengetriebe sowie fahrrad mit einem planetengetriebe

Info

Publication number: WO2004067368A1
Application number: PCT/IT2003/000036
Authority: WO
Inventors: Paolo Nardelli
Original assignee: Paolo Nardelli
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-12
Also published as: AU2003211405A1

Abstract

Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe zur Übertragung der Leistung zwischen zwei koaxialen Wellen, von denen eine die Antriebeswelle (1) und die andere di Abtriebswelle (2) ist, derart dass die antriebsseitig von der Antriebswelle (1) übertragene Winkelgeschwindigkeit von jener die abtriebsseitig der Abtriebswelle (2) übertragen wird, verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: einen Zahnkranz (3), der innen mit einer Verzahnung versehen ist und gegenüber allen anderen Bestandteilen des Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes festliegend ist; ein starr mit der Antriebswelle (1) zu verbindenden Übertragungselement (7); ein erstes, starr mit der Abtriebswelle (2) zu verbindenden Zahnrad (4); und eine Zwischen dem Zahnkranz (3) und dem ersten Zahnrad (4) angeordnetes Planetengetriebe (5), das drehbar mit dem Übertragungselement (7) verbunden ist und sich unter der, ihm während der Drehung der Antriebswelle (1) vom Übertragungselement (7) auferlegten Wirkung ohne zu gleiten auf der Verzahnung des Zahnkranzes (3) wälzt, wordurch die Punkte seiner Verzahnung gezwungen werden sich längs einer jeweiligen Hypozykloide zu bewegen, wobei das Planenetengetriebe (5) gleichzeitig mit dem ersten Zahnrad (4) kämmt und dabei es in Drehbewegung versetzt und über dieses auch die Abtriebswelle (2) in Drehbewegung versetzt.

Description

PLANETENGETRIEBE SOWIE FAHRRAD MIT EINEM PLANETENGETRIEBE

BESCHREIBUNG Unter WinkelgeschwinÜigkeitswechselgetriebe ist eine mechanische Vorrichtung zu verstehen, zur Übertragung der Leistung zwischen zwei Wellen, von denen eine die Antriebswelle und die andere die Abtriebwelle ist, derart dass die antriebsseitig von der Antriebswelle übertragene Winkelgeschwindigkeit von jener die abtriebsseitig der Abtriebswelle übertragen wird, verschieden ist. Die mechanischen Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe können in einigen großen Gruppen unterschieden werden, beispielsweise Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe die mit Reibung arbeiten, jene mit Riemen- oder Kettentrieb und jene mit Zahnrädern. Die erste Gruppe derselben unterscheidet sich dadurch, dass die Leistung durch die Haftung zwischen zweckmäßigen, gegen- einandergedrückten aktiven Flächen übertragen wird. Es gibt eine große Anzahl von verschiedenen Beispielen, je nach der Art der sich berührenden aktiven Organe. Der Nachteil der Winkel- geschwindigkeitswechselgetriebe dieser Art ist das Vorhandensein eines gewissen, in Abhängigkeit der zwischen den Wellen übertragenen Drehmomenten veränderlichen Gleitens, das sogar zu einem Schlupf zwischen den aktiven Organen führen kann, wenn infolge des Verschleißes die zwischen den aktiven Oberflächen bestehende Reibung vermindert wird.

Die zweite Gruppe von mechanischen Winkelgeschwindigkeitswechselgetrieben unterscheidet sich dadurch, dass die Leistung mit Hilfe von biegsamen Organen, wie Riemen oder Ketten, übertragen wird. Die Anwesenheit von biegsamen Organen, wie Riemen und Ketten, erhöht jedoch den strukturellen Aufwand solchter Winkelgeschwindigkeitswechselgetrieben und erlaubt es nicht, wegen der Bruchgefahr der biegsamen Organe, große Leistungen zu übertragen.

Überdies erfordern sowohl die Winkelgeschwindigkeits- Wechselgetriebe, die mit Reibung arbeiten, als auch jene, die mit Ketten arbeiten, in einem Ölbad bzw. Ölnebel zu arbeiten, wodurch entsprechende, geschlossene Gehäuse angeordnet werden müssen, was die Verbreitung solcher Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe außerhalb der besonderen, technischen, spezialistischen Verwendungen nicht begünstigt.

Die dritte Gruppe von mechanischen Winkelgeschwindigkeitswechselgetrieben unterscheidet sich aufgrund der Anwesenheit von Zahnrädern. Im allgemeinen sind diese Winkelgeschwindigkeitswechselgetrieben komplex, insbesondere was die Mechanismen betrifft, welche die Bewegung von einem Zahnrad auf das andere übertragen.

Die Verwendung von Winkelgeschwindigkeitswechselgetrieben ist in der Technik weit verbreitet, beispielsweise in Hebwerken, in den Kraftfahrzeugen und in den Erdbewegungsmaschinen. Ein weiteres Gebiet einer typischen Anwendung ist jenes der Fahrräder. Über die Pedale wird die Kraft der Fahrerbeine dem die Pedale verbindenden Stab aufgedrückt, der als Antriebswelle wirkt. An dieser Antriebswelle ist ein erstes Zahnrad starr befestigt, das seinerseits über eine Triebkette einem zweiten Zahnrad zugeordnet ist. Dieses zweite Zahnrad ist mit der freilaufenden Achse des Hinterrades starr befestigt, die so als Abtriebswelle wirkt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, insbesondere im Fall in dem die Antriebswelle und die Abtriebswelle koaxial sind, ein Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe zu entwickeln, das eine äußerst konstruktive Einfachheit besitzt, aber dennoch geeignet ist, große Leistungen zu übertragen, und einfach in der Wartung ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Das gegenseitige Kämmen zwischen den entsprechenden Zähnen der Zahnräder und des Zahnkranzes schließt aus, dass eine Gleitbewegung oder ein Schlup stattfinden kann und das Vorsehen von Zahnrädern ohne biegsamen Antriebsorganen ist die Gewährleistung einer strukturellen Festigkeit des erfindungsgemäßen Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes, was die Übertragung von großen Leistungen erlaubt. Auch die Wartung weist keine Probleme auf, da keine Notwendigkeit besteht, das Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe in einem abgedichteten Gehäuse abzuschließen und es genügt, in regelmäßigen Zeitabschnitten die Zahnräder zu schmieren.

Der Anspruch 2 betrifft eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes, die sich wegen der strukturellen Einfachheit unterscheidet, die auf die Tatsache zurückzuführen ist, daß das Planetengetriebe aus einem einzigen Zahnrad besteht.

Der Anspruch 3 betrifft eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes, die es erlaubt über einen größeren Bereich von Übersetzungs- Verhältnissen zu verfügen. Insbesondere die Tatsache, dass das Planetengetriebe zwei Zahnräder umfasst, erlaubt es auch Übersetzungsverhältnisse zu erhalten, deren Werte bei zwei liegen. Der Anspruch 4 betrifft ein besonderes Merkmal des erfindungsgemäßen Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes, das für den Fall geeignet ist, in dem die Antriebswelle und die Abtriebswelle auf abgewandten Seiten des Winkelgeschwi n- digkeitswechselgetriebes angeordnet sind. Auf diese Art und Wei se wirkt das Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe gleichzeit ig auch als Übertragungskupplung zwischen verschiedenen Maschin en angehörenden Wellen.

Der Anspruch 5 betrifft ein besonderes Merkmal d es erfindungsgemäßen Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes, d as für den Fall geeignet ist, in dem die Antriebswelle und d ie Abtriebswelle auf derselben Seite des Winkelgeschwindigkeit s- Wechselgetriebes angeordnet sind. Diese Ausführungsform find et insbesondere bei Maschinen mit Doppelwelle Anwendung, wie beispielsweise die Hebewerken oder die Fahrräder. Sie erlaubt es den Platzbedarf erheblich herabzusetzen, wobei das Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe kompakt und ästhetisch würdig wird.

Die Ansprüche 6 bis 8 beanspruchen besondere Ausbildungen des Übertragungselementes zwischen Antriebswelle und Planeten- getriebe, wobei die verschiedenen, nacheinander beanspruchten Ausbildungen jeweils die geeignetsten bei Werkzeugmaschinen, wo die Antriebswelle nicht durch einen Motor angetrieben wird, bei kleinen handbetriebenen Winden, wo die Antriebswelle von Hand aus angetrieben wird, und bei den Fahrrädern, wo die Antriebswelle mit den Füßen angetrieben wird, sind. Anspruch 6 beansprucht eine besondere Ausbildung des Übertragungselementes zwischen Antriebswelle und Planetengetriebe, die bei Werkzeugmaschinen geeignet ist, wo die Antriebswelle durch einen Motor angetrieben wird. Dieses weitere Merkmal schließt aus, dass wegen der hohen Winkelgeschwindigkeiten der Wellen lästige Schwingungen entstehen können. Die Ansprüche 7 und 8 beanspruchen eine weitere besonde re Ausbildung des Übertragungselementes zwischen Antriebswelle u*nd Planetengetriebe, jeweils geeignet für den Fall, in dem d ie Antriebswelle nicht durch einen Motor angetrieben wird, wie di <«es bei kleinen Winden,- wo die Antriebswelle von Hand a is angetrieben wird, und bei Fahrrädern, wo die Antriebswelle durc^h die Füße angetrieben wird, vorkommt.

Die Ansprüche 9 und 10 beziehen sich auf das Übersetzung s- verhältnis des erfindungsgemäßen Winkelgeschwindigkeit s- Wechselgetriebes, also das Verhältnis zwischen der antriebsseitigge Winkelgeschwindigkeit, d.h. jene die von der Antriebswel le übertragen wird, und der abtriebsseitige Winkelgeschwindigkeit, d.h. jene die abtriebsseitig der Abtriebswelle übertragen wird. U m das Übersetzungsverhältnis an den einzelnen Anwendung s- bedürfnissen des Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes anzupassen, kann man auf die Merkmale sowohl des Zahnkranzes (Durchmesser, Anzahl der Zähne, Abmessungen der Zähne) als auch des Planetengetriebes (Durchmesser, Anzahl der Zähne, Abmessungen der Zähne der Zahnräder) wirken. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, anzugeben, wie man das erfindungsgemäße Winkelgeschwiri- digkeitswechselgetriebe an ein Fahrrad anwenden könnte. Einer der großen Vorteile dieser Anwendung ist, dass in diesem Fall die Tatsache ausgenutzt werden kann, dass, anders wie bisher, die Antriebswelle und die Abtriebswelle koaxial sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Fahrrad gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 11 aufweist.

Die Anwendung eines erfindungsgemäßen Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes an ein Fahrrad, hat in erster Linie die Abschaffung der Triebkette zur Folge, was eine starke Herabsetzung der Reibung und daher eine kleinere Mühe für den Fahrradfahrer bedeutet. Darüberhinaus da die Achse der Pedalgruppe nun koaxial mit der Achse des Antriebsrades des Fahrrades (hinten oder auch vorne) ist, kann der Achsenabstand zwischen den beiden Rädern des Fahrrades herabgesetzt werden, da es nicht mehr notwendig ist, den zur Zeit erforderlichen Platzbedarf zur Aufnahme der Pedalgruppe zu berücksichtigen. Dies hat wichtige Verbesserungen der Fahreigenschaften des Fahrrads zur Folge und erlaubt bedeutende Vereinfachungen des Aufbaues des Fahrradrahmens, da man nun auf das typische mittige Rohrdreieck verzichten kann, an dem bis heule die Pedalgruppe befestigt worden ist. Ein bedeutendes, unmittelbares Ergebnis besteht in der Reduzierung des Gewichts des Fahrrades, was die Anstrengung des Fahrradfahrers herabsetzt. Die koaxiale Anordnung der Achse der Pedalgruppe und der freilaufenden Achse des Antriebsrades hat ein weiterer Vorteil zur Folge. In dem Fall in dem das Antriebsrad das Hinterrad ist, kann der Fahrradfahrer eine besonders ergonomische Position einnehmen, die auf optimale Art und Weise bei Geschwindigkeitswettläufen sowohl auf Rennpisten als auch beim Straßenzeitfahren ausgenutzt werden kann.

Die Ansprüche 12 und 13 beziehen sich auf zwei verschiedene Ausführungsformen des Fahrrads, in gleicher Weise wie für das Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe beansprucht wurde. Der Anspruch 12 beansprucht insbesondere das Merkmal, dass das Planetengetriebe aus einem einzigen Zahnrad besteht, sodass ein Höchstmaß von struktureller Einfachheit erzielt wird. Der Anspruch 13 beansprucht hingegen das Merkmal, dass das Planetengetriebe zwei Zahnräder umfasst, deren Anwesenheit es erlaubt, einen größeren Bereich von Übersetzungsverhältnissen zur Verfügung zu haben, insbesondere auch Übersetzungsverhältnissen, deren Werte bei zwei liegen.

Anspruch 14 und 15 beziehen sich gerade auf das Übersetzungsverhältnis des erfindungsgemäßen Fahrrads, also das Verhältnis zwischen der antriebsseitige Winkelgeschwindigkeit, d.h. jene die vom Fahrradfahrer über die Pedale der Antriebswelle vorgegeben wird, und der abtriebsseitige Winkelgeschwindigkeit, d.h. jene die abtriebsseitig der Abtriebswelle übertragen wird, die durch die freilaufende Achse des Antriebsrades des Fahrrades gebildet wird. Um das Übersetzungsverhältnis den einzelnen Anwendungs-bedürfnissen des Fahrrades anzupassen, kann man auf die Merkmale sowohl des Zahnkranzes (Durchmesser, Anzahl der Zähne, Abmessungen der Zähne) als auch des Planetengetriebes (Durchmesser, Anzahl der Zähne, Abmessungen der Zähne der Zahnräder) wirken und zwar sowohl wenn das Planetengetriebe aus einem einzigen Zahnrad besteht als auch wenn es zwei Zahnräder umfasst.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend aufgrund von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren der beigelegten Zeichnungen erläutert. Es zeigen,

Figur la ein Schema eines ersten Beispiels einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes, Figur 2a ein Schema eines zweiten Beispiels der besagten ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes,

Figur 3a eine schaubildliche Ansicht eines Teils eines Fahrrades, das ein erfindungsgemäßes Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe der in Figur 2a dargestellten Art aufweist, Figur 4a einen schaubildlichen Querschnitt des in Figur 3a dargestellten Fahrradteils,

Figur 5a einen Querschnitt des in Figur 3a dargestellten Fahrradteils, Figur lb ein Schema eines ersten Beispiels einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Winkelgeschwin- digkeitswechselgetriebes,

Figur 2b ein Schema eines zweiten Beispiels der besagten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Winkelgeschwi n- digkeitswechselgetriebes,

Figur 3b eine schaubildliche Ansicht eines Teiles eines Fahrrads, das ein erfindungsgemäßes Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe der in Figur 2b dargestellten Art aufweist, Figur 4b einen schaubildlichen Querschnitt des in Figur 3b dargestellten Fahrradteils,

Figur 5b einen Querschnitt des in Figur 3b dargestellten

Fahrradteils.

In den Figuren la, 2a bzw. lb, 2b sind schematisch zwei Beispiele einer ersten bzw. einer zweiten Ausführungsform eines erfindungs- gemäßen Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes dargestellt, zur Übertragung der Leistung zwischen zwei koaxialen Wellen, von denen eine die Antriebswelle 1 und die andere die Abtriebswelle 2 ist, derart dass die antriebsseitig von der Antriebswelle 1 übertragene Winkelgeschwindigkeit von jener die abtriebsseitig an der Abtriebswelle 2 übertragen wird, verschieden ist.

Gemäß der Erfindung umfasst das Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe einen innen mit einer Verzahnung versehenen Zahnkranz 3, ein mit der Antriebswelle 1 starr zu verbindenden Übertragungselement 7 und ein erstes, starr mit der Abtriebswelle 2 zu verbindenden Zahnrad 4. Der Zahnkranz 3 ist gegenüber allen weiteren Bestandteilen des Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes festliegend. Zu diesem Zwecke wird er beispielsweise an einer Werkzeugmaschine befestigt, an die das Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe angebracht wird, oder, wie in den Figuren la-2b dargestellt, am Boden befestigt, wenn das Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe als Kupplung zwischen den Wellen wirkt, oder an einem Rahmen eines Fahrrades befestigt, wie man nachfolgend unter Bezugnahme auf den Figuren 3a-5b erläutern wird. Das Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe umfasst überdies ein Planetengetriebe 5, das als Planet zwischen dem Zahnkranz 3 und dem ersten Zahnrad 4 angeordnet ist.

Das Planetengetriebe 5 ist drehbar mit dem Übertragungselement 7 verbunden. Unter der ihm während der Drehung der Antriebswelle 1 auferlegten Wirkung, wälzt sich das Planetengetriebe 5 ohne zu gleiten auf der Verzahnung des Zahnkranzes 3, wodurch die Punkte seiner Verzahnung gezwungen werden, sich längs einer jeweiligen Hypozykloide zu bewegen. Das Planetengetriebe 5 kämmt gleichzeitig auch mit dem ersten Zahnrad 4 und versetzt es dabei in Drehbewegung. Über das erste Zahnrad 4 versetzt das Planetengetriebe 5 auch die Abtriebswelle 2 in Drehbewegung. Gemäß der ersten Ausführungsform, dessen zwei Beispiele in den Figuren la, 2b ersichtlich sind, besteht das Planetengetriebe 5 aus einem einzigen, zweiten Zahnrad 5a. Dieses ist drehbar, zum Beispiel mittels eines Scharnierbolzens 6, mit dem Übertragungselement 7 verbunden. Die Aufgabe des Übertragungselementes 7 liegt darin, dem zweiten Zahnrad 5a die Leistung der Antriebswelle 1 zu übertragen, derart dass diese Leistung dann über das erste Zahnrad 4 der Abtriebswelle 2 weiter übertragen werden kann. Dank dieser besonderen Anordnung, wälzt sich, aufgrund der Drehung der Antriebswelle 1, das zweite Zahnrad 5a ohne zu gleiten auf der Verzahnung des Zahnkranzes 3 und die Punkte der Verzahnung des zweiten Zahnrades 5a werden gezwungen, sich längs einer jeweiligen Hypozykloide zu bewegen. Gleichzeitig kämmt das zweite Zahnrad 5a auch mit dem ersten Zahnrad 4, wobei dieses in Drehbewegung gesetzt wird. Diese Drehung des ersten Zahnrades 4 hat eine identische Drehung der Abtriebswelle 2 zur Folge. Die Drehung der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 sind gleichsinnig, während die Drehung des zweiten Zahnrades 5a aufgrund der Hypozykloidenbewegung, der es unterliegt, gegensinnig ist. Das Übersetzungsverhältnis zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 ist durch die Struktur des erfindungsgemäßen Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes bestimmt. Bei dieser ersten Ausführungsform wird es erhalten, indem die Zahl eins der Zahl addiert wird, die man erhält, indem die Anzahl der Zähne des Zahnkranzes 3 durch die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrades 4 geteilt wird.

Gemäß der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes, von dem zwei Beispiele in den Figuren lb, 2b ersichtlich sind, umfasst das Planetengetriebe 5 ein Paar von Zahnrädern, und zwar ein drittes Zahnrad 5b und ein viertes Zahnrad 5c, die starr miteinander verbunden sind.

Eine solche starre Verbindung kann z.B. hergestellt werden, indem, wie aus den Figuren ersichtlich ist, beide Zahnräder 5b, 5c auf einer gemeinsamen Welle befestigt werden. Mindestens eines dieser Zahnräder ist mit dem Übertragungselement 7 drehbar verbunden. Die Figuren lb, 2b zeigen, dass beide Zahnräder 5b, 5c mit dem Übertragungselement 7 drehbar verbunden sind, was jedoch nur beispielsweise eingezeichnet wurde. Unter Berücksichtigung der Tatsache nämlich, dass die beiden Zahnräder 5b, 5c miteinander starr verbunden sind, ist es auch ausreichend, dass nur ein einziges von ihnen, beispielsweise das dritte Zahnrad 5b, drehbar mit dem Übertragungselement 7 verbunden ist. In diesem Fall würde die Bewegung des dritten Zahnrades 5b selbsttätig dem vierten Zahnrad 5c übertragen werden.

Es kann sogar auch vorgesehen sein, die Position der beiden Zahnräder 5b, 5c umzukehren, wenn zwischen der Verzahnung des Zahnkranzes 3 und dem Lager am Boden genügend Raum belassen wird, um dort das dritte Zahnrad 5b und das erste Zahnrad 4 anzuordnen, während die Verzahnung des Zahnkranzes 3 und das vierte Zahnrad 5c dem Übertragungselement 7 gegenübergestellt werden. Wie aus den Figuren lb, 2b hervorgeht, wälzt sich aufgrund der Drehung der Antriebswelle 1 das dritte Zahnrad 5b ohne zu gleiten auf der Verzahnung des Zahnrades 3 und die Punkte der Verzahnung werden gezwungen, sich längs einer jeweiligen Hypozykloide zu bewegen. Das dritte Zahnrad 5b kämmt jedoch nicht mit dem ersten Zahnrad 4. Mit dem ersten Zahnrad 4 kämmt stattdessen gleichzeitig das andere Zahnrad 5c, das sich jedoch nicht auf der Verzahnung des Zahnkranzes 3 ohne zu gleiten wälzt. Aufgrund der Starrheit der gegenseitigen Verbindung zwischen den beiden Zahnrädern 5b, 5c, wird die Drehung des dritten Zahnrades 5b dem vierten Zahnrad 5c übertragen, wodurch die beiden Zahnräder 5b und 5c mit derselben Winkelgeschwindigkeit umlaufen. Auf diese Art und Weise wird auch das erste Zahnrad 4 in Drehbewegung gesetzt. Diese Drehung des ersten Zahnrades 4 hat eine identische Drehung der Abtriebswelle 2 zur Folge. Die Verschiedenheit in der Abmessung der beiden Zahnräder 5b, 5c, die insbesondere als Verschiedenheit der Anzahl der Zähne zu verstehen ist, erlaubt es über einen größeren Bereich von Übersetzungverhälnisse zu verfügen, also über eine größere Anzahl von Möglichkeiten in der Veränderung der Winkelgeschwindigkeit der Abtriebeswelle 2 gegenüber der Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 1.

Die Drehung der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 sind gleichsinnig, während die Drehung des dritten Zahnrades 5b wegen der Hypozykloidenbewegung, der es ausgesetzt ist, gegensinnig ist. Auch das Zahnrad 5c dreht gegensinnig zu den beiden Wellen, während das erste Zahnrad 4 gleichsinnig mit denselben umläuft. Auch in dieser zweiten Ausführungsform ist das Übersetzungsverhältnis zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 durch die Struktur des Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes bestimmt. Insbesondere wir es erhalten, indem die Zahl eins der Zahl addiert wird, die man erhält, indem folgenden zwei Zahlen multipliziert werden: jene, die erhalten wird, indem die Anzahl der Zähne des Zahnkranzes 3 durch die Anzahl der Zähne des dritten Zahnrades 5b geteilt wird, und jene die erhalten wird, indem die Anzahl der Zähne des vierten Zahnrades 5c durch die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrades 4 geteilt wird.

Für beide, oben erwähnten Ausführungsformen sind zwei verschiedene Situationen möglich, was die Anordnung der Wellen 1, 2 betrifft, denen zwei verschiedene Beispiele für jede Ausführungsform entsprechen. In der ersten Situation, auf die jeweils die Figuren la und lb Bezug nehmen, sind die Wellen 1, 2 auf abgewandten Seiten des Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes angeordnet. In der zweiten Situation, auf die jeweils die Figuren 2a und 2b Bezug nehmen, sind die Wellen 1, 2 auf derselben Seite des Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes angeordnet. Das erfindungsgemäße Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe passt sich gut an beide, oben erwähnten Situationen an. In der ersten, wie erwähnt, in den Figuren la, lb dargestellten Situation ist das Übertragungselement 7 dazu bestimmt mit der Antriebswelle 1 starr verbunden zu werden, und zwar an jener eigenen Seite die der Seite abgewandt ist, an der es drehbar mit dem Planetengetriebe 5 verbunden ist. In der zweiten, wie erwähnt, in den Figuren 2a, 2b dargestellten Situation, ist das Übertragungselement 7 wiederum dazu bestimmt mit der Antriebswelle 1 starr verbunden zu werden, aber diesmal an jener eigenen gleichen Seite an der es drehbar mit dem Planetengetriebe 5 verbunden ist. Darüberhinaus ist in diesem Fall die Abtriebswelle 2 hohl und die Antriebswelle 1 ist in dieser eingebracht und zwischen den beiden Wellen 1 und 2 sind zweckmäßigerweise Lager 8, beispielsweise Kugellager, zwischengeschaltet, die deren gegenseitige Drehung um die gemeinsame Drehachse herum erlauben. Unter Bezugnahme auf beide Ausführungsformen, ist das Übertragungselement 7 zweckmäßigerweise eine Scheibe, die Vorsprünge oder Ausnehmungen aufweisen kann, um eventuelle Schwingungen der anderen, sich drehenden Bestandteile des Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes auszugleichen. Die Form dieses Übertragungselementes 7 kann auch verschieden von einer Scheibe sein. Sie kann beispielsweise auch jene einer Kurbelstange oder einer Pedalstange sein.

In den Figuren 3a-5b ist ein Teil eines Fahrrades dargestellt, auf das ein erfindungsgemäßes Winkelgeschwindigkeitswechselgetrie^~be angebracht wurde, zur Übertragung der Leistung zwischen einer Antriebswelle 1, die aus dem die Pedale verbindenden Stab besteht, und einer Abtriebswelle 2, die durch die freilaufende Achse des Antriebsrades gebildet wird, derart dass die antriebsseitig von der Antriebswelle 1 übertragene Winkelgeschwindigkeit von jener die abtriebsseitig der Abtriebswelle 2 übertragen wird verschieden ist. Gemäß der Erfindung, damit am Fahrrad einer der oben genannten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes angewandt werden kann, muss die Abtriebswelle 2 hohl sein und die Antriebswelle 1 muss in dieser eingebracht sein, derart dass deren gegenseitige Drehung um die gemeinsame Achse herum erlaubt wird. Dies kann erhalten werden, indem zwischen den beiden Wellen 1 und 2 Lager 8, beispielsweise Kugellager, zwischengeschaltet werden. Die Abtriebswelle 2 ist ihrerseits, mittels von Lagern 9, beispielsweise Kugellagern, drehbar im Rahmen 10 des Fahrrades gelagert, wie dies in den Figuren dargestellt ist.

Die beiden Ausführungsformen des Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes wurden schon oben erläutert. Sie umfassen einen Zahnkranz 3, ein erstes Zahnrad 4, ein Übertragungselement 7 und ein Planetengetriebe 5. Der Zahnkranz 3 ist innen mit einer Verzahnung versehen und am Rahmen 10 des Fahrrads, beispielsweise an dessen Hinterteil, derart befestigt, dass er gegenüber allen anderen Bestandteilen des Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes festliegend ist. Das erste Zahnrad 4 ist starr an der Abtriebswelle 2 befestigt, während das Planetengetriebe 5 als Planet zwischen dem Zahnkra-nz 3 und dem ersten Zahnrad 4 angeordnet ist. Das Planetengetriebe 5 ist drehbar, beispielsweise mittels eines Scharnierbolzens 6 mit d er Stange 7 eines Pedals verbunden, die als Übertragungselement 7 wirkt. Seinerseits ist der Scharnierbolzen 6 drehbar im Planetengetriebe 5 über Kugellager 11 gelagert.

In den Figuren wurde aus Klarheitsgründen der Zeichnungen das Rad des Fahrrades nichr dargestellt. Gemäß einer ersten Ausführungsform des in den Figuren 3a, 4a und 5a dargestellten Fahrrades, besteht das Planetengetriebe 5 aus einem einzigen zweiten Zahnrad 5a.

Der Fahrradfahrer versetzt durch Einwirkung auf die Pedale die Antriebswelle 1 in Drehbewegung. Über die Stange 7 des Pedals und des Scharnierbolzens 6 wälzt sich das zweite Zahnrad 5a ohne zu gleiten auf der Verzahnung des Zahnkranzes 3 und die Punkte seiner Verzahnung werden gezwungen, sich längs einer jeweiligen Hypozykloide zu bewegen. Gleichzeitig kämmt das zweite Zahnrad 5a mit dem ersten Zahnrad 4, wobei es gegenüber der Stange 7 des Pedals gleichsinnig in Drehbewegung gesetzt wird. Entsprechend läuft auch die Abtriebswelle 2 um.

Was das Übersetzungsverhältnis zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 betrifft, wird es erhalten, indem die Zahl eins zur Zahl addiert wird, die erhalten wird, indem die Anzahl der Zähne des Zahnkranzes 3 durch die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrades 4 geteilt wird.

In dem in den Figuren 3a-5a dargestellten Beispiel, bei dem das erste Zahnrad 4 26 Zähne und der Zahnkranz 3 108 Zähne aufweist, beträgt beispielsweise ein solches Übersetzungsverhältnis ungefähr 5,15. Dies bedeutet, dass jeder Umdrehung des Pedals ungefähr 5,15 Umdrehungen des Antriebsrades des Fahrrades entsprechen. Gemäß einer zweiten Ausführungsform des Fahrrades, so wie schon unter Bezugnahme auf das Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe erläutert wurde und unter Bezugnahme auf die Figuren 3b-5b, umfasst das Planetengetriebe 5 ein Paar von Zahnrädern, und zwar ein drittes Zahnrad 5b und ein viertes Zahnrad 5c. Die Zahnräder 5b, 5c laufen mit derselben Winkelgeschwindigkeit um, da sie miteinander starr verbunden sind, und von ihnen ist mindestens eines mit der Stange 7 des Pedals drehbar verbunden. Das drehbar mit der Stange 7 verbundene Zahnrad kann beispielsweise das dritte Zahnrad 5b sein, jedoch, wie in der Beschreibung bezüglich des Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes für sich hervorgehoben, kann auch vorgesehen sein, dass beide Zahnräder 5b und 5c mit der Stange 7 drehbar verbunden sind, wie aus den Figuren hervorgeht, oder dass nur das vierte Zahnrad 5c drehbar mit der Stange 7 verbunden ist.

Diese drehbare Verbindung zwischen Zahnrad 5 und Stange 7 ist grundlegend, um sicherzustellen dass eine Hypozikloidenbewegung stattfinden kann, die der Erfindung zugrunde gelegt ist. Die praktische Ausführung dieser drehbaren Verbindung kann jedoch in verschiedenen Arten und Weisen erhalten werden, die alle dem Fachmann bekannt sind. Ein mögliches Beispiel zur Ausführung einer solchen drehbaren Verbindung ist in den Figuren dargestellt und sieht vor, einen Scharnierbolzen 6 anzuordnen.

Das dritte Zahnrad 5b steht mit dem Zahnrad 3 in Berührung, während das andere Zahnrad 5c mit dem ersten Zahnrad 4 in Berührung steht. Zufolge dieser Anordnung wälzt sich, bei Betätigung der Pedale durch den Fahrradfahrer, das dritte Zahnrad 5b ohne zu gleiten auf der Verzahnung des Zahnkranzes 3 und die Punkte seiner Verzahnung werden gezwungen, sich längs einer jeweiligen Hypozykloide zu bewegen. Gleichzeitig kämmt das vierte Zahnrad 5c mit dem ersten Zahnrad 4 und sezt es dabei in Drehbewegung. Entsprechenderweise läuft auch die Abtriebswelle 2 um.

Was das Übersetzungsverhältnis zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle 1 und der Abtriebswelle 2 betrifft, wird es in dieser zweiten Ausführungsform erhalten, indem die Zahl eins der Zahl addiert wird, die erhalten wird, indem folgende zwei Zahlen multipliziert werden: jene, die erhalten wird, indem die Anzahl der Zähne des Zahnkranzes 3 durch die Anzahl der Zähne des dritten Zahnrades 5b geteilt wird, und jene, die erhalten wird, indem die Anzahl der Zähne des vierten Zahnrades 5c durch die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrades 4 geteilt wird. Bei dem in den Figuren 3b-5b erläuterten Fall, bei dem das erste Zahnrad 4 41 Zähne, das Zahnkranz 3 108 Zähne, das vierte Zahnrad 5b 41 Zähne und das vierte Zahnrad 5c 26 Zähne besitzt, beträgt dieses Übersetzungsverhältnis ungefähr 2,67. Dies bedeutet, dass jeder Umdrehung des Pedals ungefähr 2,67 Umdrehungen des Antriebsrades des Fahrrades entsprechen.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe zur Übertragung d er Leistung zwischen zwei koaxialen Wellen, von denen eine d ie Antriebswelle (1) und die andere die Abtriebswelle (2) ist, derart dass die antriebsseitig von der Antriebswelle (1) übertragene Winkelgeschwindigkeit von jener die abtriebsseitig der Abtriebswelle (2) übertragen wird, verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: einen Zahnkranz (3), der innen mit einer Verzahnung versehen ist und gegenüber allen anderen Bestandteilen des Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes festliegend ist, ein starr mit der Antriebswelle (1) zu verbindenden Übertragungselement (7), ein erstes, starr mit der Abtriebswelle (2) zu verbindenden Zahnrad (4), und ein zwischen dem Zahnkranz (3) und dem ersten Zahnrad (4) angeordnetes Planetengetriebe (5), das drehbar mit dem Übertragungselement (7) verbunden ist und sich unter der, ihm während der Drehung der Antriebswelle (1) vom Übertragungselement (7) auferlegten Wirkung ohne zu gleiten auf der Verzahnung des Zahnkranzes (3) wälzt, wodurch die Punkte seiner Verzahnung gezwungen werden sich längs einer jeweiligen Hypozykloide zu bewegen, wobei das Planenetengetriebe (5) gleichzeitig mit dem ersten Zahnrad (4) kämmt und dabei es in Drehbewegung versetzt und über dieses auch die Abtriebswelle (2) in Drehbewegung versetzt.

2. Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) aus einem einzigen zweiten Zahnrad (5a) besteht.

3. Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) ein Paar von Zahnrädern umfasst, und zwar ein drittes Zahnrad (5b) und ein viertes Zahnrad (5c), die starr miteinander verbunden sind und von denen mindestens eines drehbar mit dem Übertragungselement 7 verbunden ist und von denen während der Drehung der Antriebswelle (1) sich eines (5b) ohne zu gleiten auf der Verzahnung des Zahnkranzes (3) wälzt, während das andere (5c) mit dem ersten Zahnrad (4) kämmt.

4. Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (7) dazu bestimmt ist mit der Antriebswelle (1) starr verbunden zu werden und zwar an jener eigenen Seite die der Seite abgewandt ist an der es drehbar mit dem Planetengetriebe (5) verbunden ist, wobei nachdem die Antriebswelle (1) und die Abtriebswelle (2) einmal mit dem Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe verbunden worden sind, sie sich auf abgewandten Seiten desselben befinden.

5. Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (7) datu bestimmt ist mit der Antriebswelle (1) starr verbunden zu werden und zwar an jener eigenen Seite, an der es drehbar mit dem Planetengetriebe (5) verbunden ist, wobei, nachdem die Antriebswelle (1) und die Abtriebswelle (2) einmal mit dem Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe verbunden worden sind, sie sich auf derselben Seite desselben befinden und derart angeordnet sind, dass die Abtriebswelle (2) hohl und die Antriebswelle (1) in dieser eingebracht ist und zwischen den Wellen Lagern (8) zwischengeschaltet sind, die deren gegenseitige Drehung um die gemeinsame Achse herum erlauben.

6. Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (7) eine Scheibe ist, die Vorsprünge oder Ausnehmungen aufweist, um eventuelle Schwingungen der anderen, umlaufenden Bestandteile des Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes auszugleichen.

7. Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (7) die Stange einer Kurbel ist.

8. Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (7) die

Stange eines Pedals ist.

9. Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) erhalten wird, indem die Zahl eins der Zahl addiert wird, die erhalten wird, indem die Anzahl der Zähne des Zahnkranzes (3) durch die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrades (4) geteilt wird.

10. Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) erhalten wird, indem die Zahl eins der Zahl addiert wird, die erhalten wird, indem die folgenden zwei Zahlen multipliziert werden: jene, die erhalten wird, indem die Anzahl der Zähne des Zahnkranzes (3) durch die Anzahl der Zähne des zweiten Zahnrades (5b) geteilt wird und jene, die erhalten wird, indem die Anzahl der Zähne des vierten Zahnrades (5c) durch die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrandes (4) geteilt wird.

11. Fahrrad, mit einem Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe zur Übertragung der Leistung zwischen einer Antriebswelle (1), die aus dem die Pedale verbindenden Stab besteht, und einer Abtriebswelle (2), die durch die freilaufende Achse des Antriebsrades gebildet wird, derart dass die antriebsseitig von der Antriebswelle (1) übertragene Winkelgeschwindigkeit von jener die abtriebsseitig der Abtriebswelle (2) übertragen wird, verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (2) und die Antriebswelle (1) koaxial sind, dass die Abtriebswelle (2) hohl ist und die Antriebswelle (1) in dieser eingebracht ist, wobei zwischen den beiden Wellen Lager (8) eingebracht sind, die deren gegenseitige Drehung um die gemeinsame Achse herum erlauben und dass das Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebe u fasst: einen Zahnkranz (3), der innen mit einer Verzahnung versehen ist und am Rahmen (10) des Fahrrades derart befestigt ist, dass er gegenüber allen anderen Bestandteilen des Winkelgeschwindigkeitswechselgetriebes festliegend ist, eine Stange (7) eines Pedals, die starr mit der Antriebswelle (1) verbunden ist, ein erstes Zahnrad (4), das starr mit der Abtriebswelle (2) verbunden ist, und ein zwischen dem Zahnkranz (3) und dem ersten Zahnrad (4) angeordnetes Planetengetriebe (5), dass drehbar mit der Stange (7) verbunden ist und sich unter der ihm während der Drehung der Antriebswelle (1) von der Stange (7) auferlegten Wirkung ohne zu gleiten auf der Verzahnung des Zahnkranzes (3) wälzt, wodurch die Punkte seiner Verzahnung gezwungen werden sich längs einer jeweiligen Hypozykloide zu bewegen, wobei das Planentengetriebe (5) gleichzeitig mit dem ersten Zahnrad (4) kämmt und dabei es in Drehbewegung versetzt und über dieses auch die Abtriebswelle (2) in Drehbewegung versetzt.

12. Fahrrad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) aus einem einzigen zweiten Zahnrad (5a) besteht.

13. Fahrrad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (5) ein Paar von Zahnrädern umfasst, und zwar ein drittes Zahnrad (5b) und ein viertes Zahnrad (5c), die miteinander starr verbunden sind, von denen mindestens eines drehbar mit der Stange (7) des Pedals verbunden ist und von denen während der Drehung der Antriebswelle (1) sich eines (5b) ohne zu gleiten auf der Verzahnung des Zahnkranzes (3) wälzt, während das andere (5c) mit dem ersten Zahnrad (4) kämmt.

14. Fahrrad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) erhalten wird, indem die Zahl eins der Zahl addiert wird, die erhalten wird, indem die Anzahl der Zähne des Zahnkranzes (3) durch die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrades (4) geteilt wird.

15. Fahrrad nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen den Winkelgeschwindigkeiten der Antriebswelle (1) und der Abtriebswelle (2) erhalten wird, indem die Zahl eins der Zahl addiert wird, die erhalten wird, indem die folgenden zwei Zahlen multipliziert werden: jene, die erhalten wird, indem die Anzahl der Zähne des Zahnkranzes (3) durch die Anzahl der Zähne des dritten Zahnrades (5b) geteilt wird und jene, die erhalten wird, indem die Anzahl der Zähne des vierten Zahnrades (5c) durch die Anzahl der Zähne des ersten Zahnrades (4) geteilt wird.