WO2018014895A1

WO2018014895A1 - Stufenlose mechanische getriebevorrichtung mit drehmomentabhängiger veränderung des übersetzungsverhältnisses für formschlüssige kraftübertragungen

Info

Publication number: WO2018014895A1
Application number: PCT/DE2017/000209
Authority: WO
Inventors: André Franz RÖHL
Original assignee: Röhl André Franz
Priority date: 2016-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2018-01-25
Also published as: DE102016008839B3

Abstract

Die Anpassung des Übersetzungsverhältnisses wird bei der Erfindung dadurch erreicht, dass der Umschlingungsdurchmesser des Getriebes in Abhängigkeit des eingebrachten Drehmoments angepasst wird. Im Ruhezustand hat das Getriebe den größten Durchmesser und somit die größte Übersetzung. Bei geringem Drehmoment dreht sich das Getriebe mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Tretlagerwelle. Dies wird durch die vorgespannten Federpakete erreicht. Bei ansteigendem Drehmoment dreht sich die Tretlagerwelle um einige Winkelgrade gegenüber dem Getriebe weiter. Dabei wird die Drehbewegung auf Hebel übertragen, die die Hebelarme zur Mittelachse heranziehen. Dabei wird der Gesamtdurchmesser des Getriebes und somit das Übersetzungsverhältnis verringert.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Stufenlose mechanische Getriebevorrichtung mit drehmomentabhängiger Veränderung des Übersetzungsverhältnisses für formschlüssige Kraftübertragungen.

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Getriebevorrichtung. Diese wird bei Antrieben von Geräten dann eingesetzt, wenn verschiedene Drehmomente und Drehzahlen erreicht werden sollen. Dieses erreicht man durch das Ändern des Übersetzungsverhältnisses zwischen Antrieb und Abtrieb. Das Übersetzungsverhältnis dieses mechanischen Getriebes passt sich in Abhängigkeit des für den Antrieb des Fahrzeugs erforderlichen Drehmoments automatisch an. Dieses mechanische Getriebe eignet sich insbesondere für den formschlüssigen Antrieb von Zweirädern, die sowohl motorisch angetrieben, motorisch unterstützt oder ausschließlich durch Muskelkraft betrieben sind.

Stand der Technik

Beim Antrieb verschiedenster Geräte wie Maschinen, Motorfahrzeuge und Fahrrädern ist es erforderlich, das durch den Antrieb eingebrachte Drehmoment und die Drehzahl an den Abtrieb anzupassen. Diese Anpassung wird durch ein Getriebe erreicht. Ein solches Getriebe ermöglicht eine Anpassung des Übersetzungsverhältnisses und somit die Anpassung von Drehmoment und Drehzahl zwischen Antrieb und Abtrieb.

Der Stand der Technik weist verschiedene mechanische Getriebetypen auf, die sich durch ihre Bauart unterscheiden.

• Bei einstufigen als auch mehrstufigen Getrieben ist das Übersetzungsverhältnis fest definiert und somit nicht durch einen Eingriff während des Betriebs des Getriebes änderbar.

• Bei Schaltgetrieben lässt sich das Übersetzungsverhältnis und somit die Drehzahl und das Drehmoment durch einen Schaltvorgang verändern. Die Anzahl der Getriebegänge ist damit durch die verschiedenen möglichen Schaltstufen festgelegt.

Insbesondere bei Fahrzeugen ist es wichtig, das Drehmoment und die Drehzahl zwischen Antrieb und Abtrieb anpassen zu können. Dieses Erfordernis entsteht durch verschiedene

Fahrsituationen, auch Lastfälle genannt. Diese sind: Anfahren, Beschleunigen (kontinuierliche Zunahme der Geschwindigkeit), Fahren an Steigungen und Fahren im Gefälle, Verzögern (kontinuierliche Abnahme von Geschwindigkeit), bis bin zum Stopp.

Ein Wechsel der verschiedenen Schaltstufen wird durch den Vorgang„schalten" erreicht. Dieser wird in der Regel manuell von dem Fahrer des Fahrzeugs durchgeführt. Der Stand der Technik weist zudem technische Lösungen auf, bei denen ein Computer auf Basis von Daten, die über Sensoren erfasst werden, die Entscheidung für einen Schaltvorgang trifft und Aktuatoren ansteuert, die den Schaltvorgang ausführen.

Der Stand der Technik weist zaidem unterschiedliche Kraftübertragungsarten bei Schaltgetrieben auf. Es gibt formschlüssige als auch kraftschlüssige Kraftübertragungsarten bei Getrieben.

Formschlüssige Getriebe übertragen das Drehmoment über Formschluss. Formschlüssige Getriebe bestehen in der Regel aus ineinandergreifenden Zahnrädern, Kettenrad und Kette oder Zahnriemenscheibe und Zahnriemen (in Kombination mit Zahnradgetrieben).

• Bei dem Zahnradgetriebe wird im Betrieb zwischen Zahnradstufen mit unterschiedlichen Zahnpaarungen mit verschiedenem Übersetzungsverhältnis geschaltet und somit das Drehmoment und Drehzahl geändert. Die meisten Zahnradgetriebe finden in einer

Getriebenabe im Hinterrad ihren Einsatz. Bekannte Hersteller sind hier SHIMANO (Japan), SRAM (USA) und ROHLOFF (Deutschland). Am Markt existiert zudem ein

Zahnradgetriebe der Firma PINION (Deutschland), das anstelle eines Tretlagers zwischen den Tretkurbeln im Rahmen integriert ist. Voraussetzung für den Einsatz dieses Getriebe ist ein speziell gestalteter Fahrradrahmen, der das Getriebegehäuse aufnehmen kann.

• Bei dem Kettengetriebe wird eine Kette im Betrieb mit Hilfe eines mechanischen

Umwerfers von einem Zahnkranz auf einen anderen Zahnkranz umgesetzt. Durch die unterschiedliche Anzahl der Zähne und somit unterschiedlichem Umfang der Kettenräder wird ein geändertes Übersetzungsverhältnis und somit ein geändertes Drehmoment und Drehzahl erreicht. Bekannte Hersteller sind hier SHIMANO (Japan), SRAM (USA) und CAMPAGNOLO (Italien).

Ein wesentlicher Vorteil des Zahnradgetriebes ist, dass die Übersetzung„im Stand" geändert werden kann. Ein Zahnradgetriebe wird über nur einen Schaltmechanismus betätigt und somit das Übersetzungsverhältnis geändert. Die Gangabstufungen sind klar aufeinanderfolgend definiert. Es gibt keinen Kettenschräglauf, da Antrieb und Abtrieb mit nur jeweils einem

Kettenrad über die Antriebskette miteinander verbunden sind.

Die Nachteile des Zahnradgetriebes sind die aufwendige und kostspieligere Technik und ein höheres Gewicht als das der Kettenschaltung. Ein Zahnradgetriebe sollte aufgrund empfindlicher Bauteile nicht unter Volllast geschaltet werden. Die Vorteile der Kettenschaltung sind ein geringeres Gewicht und der einfachere Aufbau. Der Wirkungsgrad ist höher als bei einem Zahnradgetriebe.

Die Nachteile einer Kettenschaltung sind der höhere Verschleiß durch Kettenschräglauf und Verschmutzung. Ferner werden meistens mehr als ein Schaltmechanismus verwendet um das Spektrum der Schaltstufen auszunutzen. Einige der Schaltstufen überdecken sich, sodass die tatsächliche Anzahl an Gangstufen viel geringer ist.

Reibschlüssige Getriebe übertragen die Drehmomente über Reibschluss. Reibschlüssige Getriebe bestehen in der Regel aus Riemenscheibe und Riemen.

Der Stand der Technik weist zudem weitere reibschlüssige Getriebe Lösungen auf. Diese haben keine festgelegten Schaltstufen, sondern die Besonderheit, dass sie einen variablen

Übersetzungsbereich aufweisen.

• Eine Lösung ist das Variomatic Getriebe, bei dem ein Riemen zwischen jeweils zweiteiligen kegeligen Scheiben geführt wird. Im Betrieb wird der Abstand der zweiteiligen

Kegelscheiben zueinander verändert und somit der Riemen auf sich verändernden

Durchmessern geführt und dadurch das Übersetzungsverhältnis verändert. Der Erfinder der Variomatic ist das Unternehmen DAF (Niederlande).

• Eine weitere Lösung ist das Nu Vinci Getriebe, bei dem Kugeln zwischen kegelförmigen Scheiben eingespannt sind und sich durch ändern der Position der Scheiben, der

Abrollbereich der Kugel und damit auch das Übersetzungsverhältnis verändert. Die

Mechanik ist in einer Nabe integriert, die im Hinterrad angeordnet ist. Der Hersteller ist das Unternehmen FALLBROOK TECHNOLOGIES (USA).

Die Vorteile dieser Getriebevorrichtungen sind ihre Variabilität in der Übersetzung. D.H. es gibt keine Gangstufen sondern einen variablen Übersetzungsbereich. Bei dieser Technik ist ein stufenloses Schalten unter Last möglich. Von Nachteil ist ein geringerer Wirkungsgrad als bei formschlüssigen Übersetzungen, da hier das Drehmoment mit Kraft- / oder Reibschluss übertragen wird. Ferner besteht das Risiko von Schlupf. Femer repräsentieren weitere Getriebearten den Stand der Technik:

Mit der Patentanmeldung GB 2 062 142 A ist eine Getriebevorrichtung bekannt, die im Betrieb ihren Durchmesser und somit die Übersetzung ändert. Als Nachteil des Verstellmechanismus erweist sich, dass dieser im Betrieb starke zyklische Schwankungen durch abwechselnd eingreifende Zahnsegmente ausgleichen muss. Die Verstellung während der Rotation erfolgt eher„schlagend" als„fließend". Der Antrieb unterliegt starken internen ansteigenden und starken internen abfallenden Drehmomenten, die sich negativ auf die„Antriebsruhe" auswirken.

Mit der Patentanmeldung DE 10 2005 032 255 AI ist eine Getriebevorrichtung bekannt, die im Betrieb ihren Durchmesser und somit die Übersetzung ändert.

Diese überträgt die Drehbewegung des Antriebs kraftschlüssig über Riemenscheiben auf einen Keilriemen. In Abhängigkeit von anliegendem Drehmoment und der Drehzahl des Antriebs erfolgt die Durchmesserveränderung durch eine radiale Positionsveränderung der

Antriebselemente unterstützt durch Federspannung und Fliehkraft. Der Antrieb unterliegt jedoch dem Risiko von Schlupf, da die Antriebskräfte ausschließlich durch„Klemmung" des

Keilriemens auf den Keilriemenscheiben wirken. Zudem weist die Verbindung zwischen Keilriemen und Keilriemenscheiben einen sehr geringen Umschlingungswinkel auf, der ein Durchrutschen des Riemens wahrscheinlich macht. Ferner weisen Keilriemenantriebe einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 92% auf, der für den Antrieb von Fahrrädern inakzeptabel ist.

Mit der Patentanmeldung DE 196 26 285 AI ist eine Getriebevorrichtung bekannt, die im Betrieb ihren Durchmesser und somit die Übersetzung ändert.

Diese überträgt wie die zuvor genannte Erfindung die Drehbewegung des Antriebs kraftschlüssig über Riemenscheibensegmente auf einen Keilriemen. In Abhängigkeit vom anliegenden

Drehmoment des Antriebs erfolgt die Durchmesserveränderung durch eine radiale

Positionsveränderung der Antriebselemente unterstützt durch Federspannung. Der Antrieb unterliegt jedoch dem Risiko von Schlupf, da die Antriebskräfte ausschließlich durch

„Klemmung" des Keilriemens auf den Keilriemenscheibensegmenten wirken. Zudem weist die Verbindung zwischen Keilriemen und Keilriemenscheibensegmente einen sehr geringen

Klemmbereich (Länge) auf, der ein Durchrutschen des Riemens wahrscheinlich macht. Ferner weisen Keilriemenantriebe einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 92% auf, der für den Antrieb von Fahrrädern inakzeptabel ist. Die alternativ ausgewiesene Lösung unterstellt die Verwendung von Kettenradsegmenten anstelle von Keilriemensegmenten. Diese Lösung funktioniert nicht, da bei der radialen Verstellung der Kettenradsegmente keine Kompensation des Längenausgleichs zwischen den Kettenradsegmenten erfolgt.

Mit der Patentanmeldung EP 0 116 731 AI ist eine Getriebevorrichtung bekannt, die im Betrieb ihren Durchmesser und somit die Übersetzung ändert.

Diese überträgt die Drehbewegung des Antriebs kraftschlüssig über Kettenräder auf eine Kette. In Abhängigkeit vom anliegenden Drehmoment des Antriebs erfolgt die

Durchmesserveränderung durch eine radiale Positionsveränderung der Antriebselemente. Die Antriebselemente (Kettenräder) sind jedoch frei drehend gelagert. Der Antrieb funktioniert nicht, da sich die Kettenräder während der Rotation des Antriebs frei unter der Antriebskette drehen und die Kette dabei nicht antreiben. Die Kettenräder weisen keinen Mechanismus auf, der diese definiert in ihrer Rotation ausrichtet, sodass im Betrieb weder ein Durchdrehen unter der Kette, noch eine Verspannung der Kette durch Abstandsänderung zwischen den Kettenrädern während der Verstellung der Kettenräder erfolgt.

Mit der Patentanmeldung WO 80 / 02 129 AI ist eine Getriebevorrichtung bekannt, die im Betrieb ihren Durchmesser und somit die Übersetzung ändert. Das Drehmoment, unter der eine Verstellung erfolgt, wird durch einen Verstellmechanismus voreingestellt. Die Drehbewegung wird formschlüssig über Kettenräder auf eine Kette übertragen. Es sind während der Rotation maximal 2 formschlüssige Elemente in der Kette im Eingriff. Dieses jedoch nur zu ca. 1/3 einer Umdrehung. Die Verstellung der beiden formschlüssig eingreifenden Elemente erfolgt durch eine radiale Positionsveränderung.

Die formschlüssigen Antriebselemente werden bei der Positionsveränderung gegenläufig verstellt. Die Verstellung funktioniert innerhalb des ersten 180 Grad Sektors. Nach einer 180 Grad Drehung (2ter 180 Grad Sektor) drehen sich die Zahnräder gegenläufig und verspannen beim radialen Verstellen der Zahnräder nach außen die Kette. Ferner wurde das Verhältnis zwischen radialer Verstellung und der Längenveränderung zwischen den Antriebselementen nicht definiert berücksichtigt.

Die Aufgabe dieser Patentanmeldung ist es, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 10. Diese Erfindung kombiniert somit die Vorteile eines stufenlosen reibschlüssigen Getriebes mit den Vorteilen eines automatischen Getriebes, jedoch vereint in einem mechanischen

formschlüssigen und drehmomentabhängigen automatischen Getriebe.

Eignung

Diese Erfindung in Form eines mechanischen, stufenlosen, automatischen Getriebes mit formschlüssiger Übersetzung zwischen Antrieb und Abtrieb eignet sich für den Einsatz in Zweirädern insbesondere in Fahrrädern. Sie eignet sich sowohl für mit Muskelkraft betätigte Fahrräder als auch motorisch unterstützte Fahrräder (sogenannte Pedelecs) sowie

motorbetriebene Zweiräder.

Bei dieser Erfindung passt sich das Übersetzungsverhältnis zwischen Antrieb und Abtrieb in Abhängigkeit von dem eingebrachten Drehmoment automatisch an.

• Steigt das eingebrachte Drehmoment an (Anfahren, Fahren an Steigung), so verringert sich das Übersetzungsverhältnis.

• Nimmt das eingebrachte Drehmoment ab (konstante Geschwindigkeiten oder Fahren im Gefalle), so erhöht sich das Übersetzungsverhältais.

Vorteile

Durch die Verwendung dieser Getriebevorrichtung ergeben sich folgende Vorteile:

• Keine manuellen Schaltvorgänge

• Keine Schaltsprünge

• Keine Fehlerquelle durch die Wahl der falschen Fahrstufe

• Immer das richtige Übersetzungsverhältnis

• Kleinste Übersetzung bei Start oder bei Fahrt an Steigung

• Größte Übersetzung bei hohem Tempo

• Gleichmäßige, gedämpfte Drehmoment- und Drehzahlanpassung

• Komfortabel

• Hoher Übersetzungsbereich durch große Durchmesserdifferenzen

• Ändern des Übersetzungsverhältnisses auch unter Last

• Ändern des Übersetzungsverhältnisses auch im Stand

• Hoher Wirkungsgrad (formschlüssiger Antrieb)

• Einfacher Aufbau, dadurch preiswert

• Ausschließlich Mechanisch (Keine Elektronik, Elektrik, Software, Energiequelle, Sensorik, Aktuator, Kabel, ...erforderlich) Wartungsarm (hohe Abnutzung von Kette und Kettenrädern durch Schaltvorgänge und „Schränken" der Kette entfällt)

Leicht (Wegfall von vielen Komponenten; C02 Footprint)

Klein (geringe Verpackungsmenge; C02 Footprint)

Geringerer Verpackungsaufwand und Entpackungsaufwand

Geringerer Logistikaufwand (C02 Footprint)

Einfache Montage und Demontage

Funktionsweise - Grundprinzip

Das Grundprinzip wird anhand der Zeichnung (1) mit Fig.l und Fig.2 dargestellt und

nachfolgend detailliert beschrieben.

Die Anpassung des Übersetzungsverhältnisses wird bei der Erfindung dadurch erreicht, dass der Umschlingungsdurchmesser des Antriebssystems in Abhängigkeit des eingebrachten

Drehmoments angepasst wird. Ist das eingebrachte Drehmoment hoch und die Drehzahl gering, so verringert sich der Durchmesser des Antriebssystems. Ist das eingebrachte Drehmoment niedrig und die Drehzahl hoch, so vergrößert sich der Durchmesser der Antriebssystems. Dieser Regelvorgang findet während des gesamten Fahrbetriebs kontinuierlich statt. Dadurch wird stufenlos ein Gleichgewicht zwischen benötigtem Kraftaufwand (Drehmoment) und Vortrieb des angetriebenen Rades sichergestellt.

Bei dieser Erfindung erfolgt die Anpassung (Vergrößern / Verkleinern) des

Umschlingungsdurchmessers des Antriebssystems über eine zulässige

Rotationswinkelveränderung zwischen der eingebrachten Rotationsbewegung über die

Tretlagerwelle und des Antriebssystems.

Die Tretlagerwelle 11 und Antriebssystem sind nicht starr sondern flexibel, auf der gleichen Achse gelagert, miteinander verbunden.

Die durch die Tretkurbeln 15 in die Tretlagerwelle 11 eingeleitete Rotationsbewegung wird an eine direkt verbundene Mitnehmerplatte 1 über ein vorgespanntes Zugfederpaket 12 an das Antriebssystem weitergeben. Das Antriebssystem ist über eine Lagerbüchse 10 radial auf selbiger Tretlagerwelle 11 gelagert. Das vorgespannte Federpaket 2 ist zudem mit einem

Dämpferpaket 2 versehen, welches den sogenannten„Slip Stick Effekt" minimiert. Dieser Effekt entsteht durch Schwingungen (Schwankungen beziehungsweise Aufschaukeln), welcher durch das Dämpferpaket 2 gedämpft und somit neutralisiert wird.

Im Ruhezustand hat das Antriebssystem den größten Durchmesser und somit die größte

Übersetzung.

Bei geringem Drehmoment dreht sich das Antriebssystem mit der gleichen

Winkelgeschwindigkeit wie die Tretlagerwelle 11. Dies wird durch die vorgespannten

Federpakete 2 erreicht.

Bei ansteigendem Drehmoment dreht sich die Tretlagerwelle 11 um einige Winkelgrade gegenüber dem Antriebssystem mit ansteigender Federspannung weiter. Dabei wird die

Drehbewegung auf Hebel 3 übertragen, die die Hebelarme 4 zum Achsmittelpunkt heranziehen. Dabei wird der Gesamtdurchmesser des Antriebssystems verringert. Die Feder- und

Dämpferpakete 2 werden dabei weiter gespannt und wirken dabei der Rotationswinkeldifferenz zwischen Tretlagerwelle 11 und Antriebssystem entgegen. Nimmt das Drehmoment wieder ab, so ziehen die vorgespannten Federpakete 2 die Hebelarme 3 entgegen der Rotation der Tretlagerwelle 11 wieder in die Ausgangsposition zurück. Dabei werden die Hebelarme 4 über die Hebel 3 wieder nach außen, also von der Achsmitte weg bewegt. Somit wird der Durchmesser des Antriebssystems erneut vergrößert.

Das Antriebssystem ist somit kontinuierlich in Bewegung und passt sich entsprechend dem jeweiligen Lastfall an. Die Dämpfer 2 kompensieren die Schwingungen des Antriebssystems und tragen somit zu einem ausgewogenen gleichmäßigen Betrieb bei. Spannungsspitzen (abruptes

Ansteigen und Abfallen von Drehmoment) werden durch die Dämpfer 2 kompensiert.

Ein an der Hinterradschwinge angebrachter Kettenspanner gleicht die durch die Änderung des

Umfangs des Antriebssystems resultierende Längenänderung des Gesamtsystems aus.

Zur Übertragung der Drehbewegung des Antriebssystems auf die Antriebskette 12 werden über den Umfang verteilt und mit jedem der 3 Hebelarme verbunden jeweils kleine Kettenräder 5 verwendet. Diese übertragen das Drehmoment formschlüssig auf die Antriebskette 12.

Diese Kettenräder 5 sind jedoch weder starr noch radial freilaufend mit den einzelnen

Hebelarmen verbunden. Bei dem Verstellen der Hebelarme 4 (schwenken nach außen / innen) verändert sich der Längenabstand zwischen den Kettenrädern 5.

• Wären die Kettenräder 5 starr mit den Hebelarmen 4 verbunden, so wäre ein Verstellen der Hebelarme 4 nicht möglich, da die Kette 12 formschlüssig zwischen den Kettenrädern 5 eingespannt ist. Somit würde der Verstellmechanismus ein Verkleinern oder Vergrößern nicht zulassen, da sich die Kette 12 zwischen den Kettenrädern 5 verspannt. Die Funktion des Antriebssystems ist somit nicht gegeben.

• Wären die Kettenräder 5 radial freilaufend mit den Hebelarmen 4 verbunden, so würde sich das Antriebssystem frei unter der Antriebskette 12 drehen (durchdrehen), jedoch nicht die Drehbewegung des Antriebssystems auf die Kette 12 übertragen. Die Funktion des

Antriebssystems ist somit nicht gegeben.

Diese Erfindung weist als zusätzliche Besonderheit einen Verstellmechanismus in einem

Subsystem auf, der eine definierte Rotationsbewegung der Kettenräder 5 während der

Verstellung der Hebelarme 4 zulässt. Dieses ist im nachfolgenden Kapitel„Funktionsweise - Erweitertes Grundprinzip¹*" detailliert beschrieben und durch die Zeichnung (2) mit Fig.3 und Fig.4 dargestellt. Funktionsweise - Erweitertes Grundprinzip

Die spezifische Funktion wird anhand der Zeichnung (2) mit Fig.3 und Fig.4 dargestellt und nachfolgend detailliert beschrieben.

Die Getriebeeinheit besteht aus folgenden spezifischen zu dem Antriebssystem nicht

zugehörigen Komponenten und deren Positionsnummern aus der Zeichnung:

• Tretkurbel (15)

• Tretlagerwelle (11)

• Antriebskette (12)

• Kettenspanner (nicht dargestellt)

Das Antriebssystem besteht aus folgenden spezifischen Komponenten und deren

Positionsnummern aus der Zeichnung:

• Mitnehmerplatten (1)

• Lagerbüchse (10)

• Lagerkreuze (6)

• Hebelarme (4)

• Gleitsegmente (16)

• Hebel (3)

• Kettenräder (5)

• Zwischenadapter (9)

• Achsen (14)

• Zugfedern und Dämpfer (2)

• Arme (7)

• Kettensegmente (8)

Anstelle der genannten Antriebskette (12) kann auch ein Zahnriemen zum Einsatz kommen. Anstelle der genannten Kettenräder (5) können auch Zahnriemenscheiben zum Einsatz kommen. Anstelle der genannten Kettensegmente (8) können auch Zahnriemensegmente zum Einsatz kommen.

Die Drehbewegung wird von dem Fahrer über die Pedale in die Tretkurbeln 15 und die

Tretlagerwelle 11 eingeleitet. Die Tretlagerwelle 11 ist im Tretkurbellager gelagert. Das

Drehmoment wird von der mit der Tretkurbel 15 verbundenen Mitnehmerplatte 1 über die vorgespannten Federpakete 2 in das Getriebesystem eingeleitet. Die Mitnehmerplatte 1 ist auf einer Lagerbüchse 10 auf der Tretlagerwelle 11 radial frei rotierend gelagert. Auf der Hülse 10 ist ebenso frei rotierend das Schwenkarm Lagerkreuz 6 gelagert. Dieses ist das tragende Element / Bauteil für alle daran befestigten beweglichen Komponenten.

Das Lagerkreuz 6 besteht aus 3 gleichmäßig um die Rotationsachse ausgebildeten Armen mit Aumahmelagern und weist eine Sternform auf.

An den 3 Aufhahmelagern ist wiederum jeweils ein Hebelarm 4 befestigt. Die Hebelarme 4 können sich um die Aufnahmelager drehen. An dem Ende der Hebelarme 4 sind eingeschränkt rotierend jeweils 2 parallele Kettenräder 5 befestigt. Die Kettenräder 5 sind über einen

Zwischenadapter 9 miteinander verbunden und können sich nicht gegeneinander verdrehen. Eines der beiden Kettenräder 5 überträgt das Drehmoment formschlüssig auf die Antriebskette 12.

Die drei Hebelarme 4 werden über angeschlagene Hebel 3)in ihrem Winkel verstellt. Die Hebelarme 4 werden im Ruhezustand des Antriebssystems über vorgespannte Zugfederpakete 2 in die„äußerste" Position (weiteste Position von der Mittelachse des Antriebssystems entfernt) bewegt. Zusätzliche Dämpfer 2 sorgen für die Kompensation von auftretenden Schwingungen. Die Zugfederpakete 2 sind zwischen dem Lagerkreuz 6 und der Mitnehmerplatte 1 verbunden und wirken einer Winkelveränderung zwischen Mitnehmerplatte 1 und Lagerkreuz 6 entgegen. Die Hebel 3 werden von der Mitnehmerplatte 1 in ihrer Position angesteuert. Die Position der Hebel 3 wird verändert, sobald die vorgespannte Federkraft überwunden wird und dadurch eine Winkelveränderung durch ein höheres eingebrachtes Drehmoment entsteht. Dabei werden die Hebelarme 4 von den Hebeln 3 entgegen der Federspannung zur Mittelachse des

Antriebssystems bewegt.

Damit die Kettenräder 5 sich nicht frei drehen können, werden diese zudem von einem

Subsystem in ihrer Rotation definiert eingeschränkt. Wären die Kettenräder 5 fest eingespannt, also könnten sie sich innerhalb eines zulässigen Bereichs nicht frei verdrehen, dann würde die resultierende Längenveränderung zwischen den 3 Kettenrädern 5 bei Verstellung der Hebelarme 4 dazu führen, dass sich die Kette 12 mit den Kettenrädern 5 verspannt. Das System würde somit nicht funktionieren.

Es gilt die Herausforderung, die durch die Positionsänderung der Hebelarme 4 verändernden Abstände zwischen den Kettenrädern 5 auszugleichen und damit zu lösen. Dieses wird durch das nachfolgend beschriebene Subsystem erreicht.

Das Subsystem besteht aus 3 Armen 7, die rotierend an den Aufnahmelagern des Lagerkreuzes 6 gelagert sind. Eine weitere Lagerstelle des Arms 7 ist ein gebogenes Langloch, in dem die Achse 14 jeweils eines Kettenrades 5 gleitend gelagert ist. An jedem dieser Arme 7 ist jeweils ein Kettensegment 8, bestehend aus jeweils 7 Kettengliedern befestigt. Dieses bewegt sich über jeweils dem zweiten Kettenrad 5 des Kettenradpaars und richtet dieses in der jeweiligen Position der Hebelarme 4 aus.

Über das danebenliegende Kettenrad 5 des Kettenradpaars ist die Antriebskette 12 geführt.

Wird der Hebelarm 4 über den Hebel 3 nach innen bewegt, so verstellt sich ebenso der Arm 7 des Subsystems und verändert dabei die Position des Kettensegments 8 über dem Kettenrad 5. Dieses wird dabei in Rotation versetzt. Das zweite Kettenrad 5, welches eine starre Verbindung mit dem ersten Kettenrad 5 aufweist, dreht sich dabei„unter" der Antriebskette 12 in eine neue Position während es die Antriebskette 12 selbst dabei antreibt.

Der durch die Verstellung der Hebelarme 4 resultierende Abstand zwischen den Kettenrädern 5 wird mit diesem Verstellmechanismus ausgeglichen und somit die , Antriebs-Fähigkeit" sichergestellt. Ein an der Hinterradschwinge angebrachter Kettenspanner gleicht die durch die Änderung des Umfangs des Antriebssystems resultierende Längenänderung des Gesamtsystems aus.

Besonderheiten

Die Feder- und Dämpferkennlinien sind an das jeweilige Fahrerprofil anpassbar. Somit ist das Antriebssystem sowohl an die Leistung / das Drehmoment von Kindern und Senioren über Fahrradanhängerbetrieb bis hin zum Leistungssportler anpassbar. Die Anpassung erfolgt durch das Verstellen der Federpakete und damit deren Vorspannung über Exzenter. Die Dämpfer weisen separate Einstellmöglichkeiten über verstellbare Durchflussregler auf.

Claims

Patentansprüche

1. Getriebevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie stufenlos und drehmomentabhängig ein Übersetzungsverhältnis ändert, eine Antriebskraft formschlüssig überträgt und vollständig mechanisch aufgebaut ist, wobei sie zudem einen Sub- Mechanismus aufweist, der eine resultierende Längenänderung einer Antriebskette / eines Antriebszahnriemens (12) zwischen antreibenden Kettenräder- / Zahnriemenscheiben (5) ausgleicht, die bei einer Verstellung und somit Durchmesserveränderung des Haupt- Mechanismus auftritt.

2. Getriebevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Tretkurbeln (15), welche über eine Tretkurbelwelle (11) fest mit einer Mitnehmerplatte verbunden sind, in Rotation versetzt wird.

3. Getriebevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie über Hebelarme (4) im Haupt- Mechanismus verfügt, die an einem Lagerkreuz (6) rotierend gelagert und verbunden sind, wobei sich das Lagerkreuz (6) frei auf der Tretkurbel welle (11) drehen kann.

4. Getriebevorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelarme (4) über vorgespannte Feder- und Dämpferpakete (2) auf den größten Durchmesser der

Getriebevorrichtung aufgespreizt werden.

5. Getriebevorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden der Hebelarme Kettenräder / Zahnriemenscheiben (5) angebracht sind, welche bedingt rotieren können, wobei diese formschlüssig in die Antriebskette / Antriebszahnriemen (12) eingreifen und diese / diesen antreiben.

6. Getriebevorrichtung nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch

gekennzeichnet, dass die Mitnehmerplatte (1) über Hebel (3) mit den Hebelarmen (4) verbunden ist und die Rotation der Mitnehmerplatte (1) auf diese überträgt.

7. Getriebevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Zunahme des eingebrachten Drehmoments an der Tretkurbelwelle (11) die Mitnehmerplatte (1) die Hebel (3) betätigt und dabei die Rotation der Hebelarme (4) gegen die Federspannung verändert, wobei dadurch der Durchmesser der Getriebevorrichtung stufenlos verkleinert und somit das Übersetzungsverhältnis verändert wird.

8. Getriebevorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Sub- Mechanismus aufweist, der die antreibenden Kettenrad- / Zahnriemenscheiben (5) während der Verstellung der Hebelarme (4) mit einer definierten Rotation ausrichtet, wodurch der sich durch die Verstellung der Hebelarme (4) verändernde Abstand zwischen den Kettenrad- / Zahnriemenscheiben (5) ausgeglichen wird, sodass sich die Antriebskette / der Zahnriemen (12) nicht verspannt und die Getriebevorrichtung ihre Funktion erfüllt.

9. Getriebevorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Kettenrad- / der Zahnriemenscheiben (5) über Kettensegmente / Zahnriemensegmente (8) erfolgt, die an eigenen Armen (7) befestigt und schwenkbar an dem selbigen Lagerkreuz (6) gelagert sind, wobei die Segmente formschlüssig in die Kettenrad- / die

Zahnriemenscheiben (5) eingreifen und deren Rotation während der Verstellung der Hebelarme (4) verändern, wobei dieser Mechanismus den Ausgleich der Längenänderung der Antriebskette / des Antriebszahnriemens (12) zwischen den Kettenrad- / den

Zahnriemenscheiben (5) während der Verstellung der Hebelarme (4) ermöglicht.

10. Getriebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie ausschließlich mechanisch aufgebaut ist.