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Patent Searching and Data


Title:
CHAIN GEAR WITH VARIABLE TRANSMISSION RATIO AND LADDER CHAIN
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1994/004411
Kind Code:
A1
Abstract:
A chain gear has a variable diameter chain wheel (VDR) provided with continuous peripheric teeth formed by a ladder chain (ZK). The circumference of the chain wheel (VDR) provided with the ladder chain (ZK) adapts itself automatically to the available load moment. Resulting overlengths of the ladder chain (ZK) are stored inside the chain wheel (VDR). The driving chain (AK) is thus always uniformly engaged and drawn by many teeth (ZKZ) of the ladder chain (ZK). Since the traction force is distributed among many individual members of the ladder chain (ZK) and driving chain (AK) and is not only transmitted by a few elements, a uniform driving torque is obtained and said parts are subjected to little wear. The special design of the variable chain wheel (VDR) and ladder chain (ZK) further prevents modulation of the forces acting on the chain wheel (VDR).

Inventors:
BAECHTIGER ROLF (CH)
Application Number:
PCT/CH1993/000209
Publication Date:
March 03, 1994
Filing Date:
August 19, 1993
Export Citation:
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Assignee:
BAECHTIGER ROLF (CH)
International Classes:
B62M9/08; F16H3/42; F16H55/54; (IPC1-7): B62M9/08; F16H55/54; F16H3/42
Domestic Patent References:
WO1993007045A11993-04-15
Foreign References:
US4787879A1988-11-29
US4961719A1990-10-09
EP0030992A11981-07-01
FR796269A1936-04-03
EP0185799A11986-07-02
DE32784C
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE
1. Kettengetriebe mit zumindest einem mit einer Welle (W) versehenen variablen Kettenrad (VDR), das mit mindestens zwei Segmenten (SE) versehen ist, die radial verschiebbar gelagert sind, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass zum Ziehen einer Antriebskette (AK) oder zum Drehen eines Zahn- oder Rollenrades (ZRR) zumindest eine mit Kettenzähnen (ZKZ) versehene Zahnkette (ZK) vorgesehen ist, die die Segmente (SE) umschiiesst und die zumindest mit einem der Segmente (SE) und/oder der Welle (W) und zumindest einem elastischen Element, vorzugsweise einem Federelement (FE), verbunden ist, das zum Spannen der Zahnkette (ZK) geeignet ist.
2. Kettengetriebe mit zumindest einem mit einer Welle (W) versehenen variablen Kettenrad (VDR), dadurch gekennzeichnet, dass zwei mit der Welle (W) verbundene, mindestens je eine Spiralbahn (SB) aufweisende Spiralbahnplatten (SBP) vorgesehen sind, zwischen denen zumindest eine mit Kettenzähnen (ZKZ) versehene Zahnkette (ZK) beidseitig in den Spiralbahnen (SB) geführt und von ei¬ nem mit der Welle (W) verbundenen elastischen Element, vorzugsweise einer Spiralfeder (SFR), gezogen ist.
3. Kettengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das variable Kettenrad (VDR) aus einer mit einer Welle (W) verbundenen, zumindest eine Spiralbahn (SB) aufweisenden Spiral¬ bahnplatte (SBP) und einer zumindest eine Führungsbahn (FB) aufweisenden Führungsbahnplatte (FBP) besteht, die gegeneinander drehbar gelagert sind und dass die Segmente (SE) oder die Ketten¬ glieder (KG, KG2) in der Spiralbahn (SB) und der Führungsbahn (FB) verschiebbar gelagert sind.
4. Kettengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (SE) oder die Ket¬ tenglieder (KG, KG2) in den radial nach aussen laufenden Führungsbahnen (FB) und den Spiralbahnen (SB) mittels Rollen (Rse; SEN), Nocken (Nse; SN) oder einem Flügel (Fse) geführt sind und/oder dass zwischen den Segmenten (SE) zur Stützung der Zahnkette (ZK) vorgesehene Schieber (VSR) angeord¬ net sind, die in die Segmente (SE) hinein verschiebbar sind.
5. Kettengetriebe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralbahnen (SB) zu¬ mindest annähernd dem Verlauf einer archimedischen Spirale folgen, eine vorzugsweise kontinuierlich ändernde Steilheit aufweisen oder dass in diesen Spiralformen zusätzlich konzentrisch verlaufende Wegstücke vorhanden sind.
6. Kettengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spi¬ ralbahnplatte (SBP) und die Führungsbahnplatte (FBP) über ein elastisches Element miteinanderERSATZBLATT verbunden sind, das vorzugsweise eine Spiralfeder (SFR) ist und für das vorzugsweise eine Vorspan¬ nung einstellbar ist.
7. Kettengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwi¬ schen der Spiralbahnplatte (SBP) und der Führungsbahnplatte (FBP) ein Dämpfungs- bzw. Steuerele¬ ment vorgesehen ist, das die gegenseitigen Bewegungen der Platten (SBP und FBP) dämpft bzw. steuert, dass das Dämpfungs- bzw. Steuerelement vorzugsweise ein zwischen der Spiralbahnplatte (SBP) und der Führungsbahnplatte (FBP) eingefügter viskoser Stoff (VS) oder ein über ein Rad (EMZR) betriebener Hydraulikdämpfer oder Elektromotor (EM) ist, dessen Windungen entsprechend der gewünschten Dämpfung oder Steuerung beschaltet sind.
8. Kettengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die En¬ den (ZKE) jeder Zahnkette (ZK), die, falls sie nie in den Eingriff mit der Antriebskette (AK) gelangen, vorzugsweise nicht mit Kettenzähnen (ZKZ) versehen sind, mit einem elastischen Element (FE) verbun¬ den sind, durch das sie in das Innere des Kettenrades (VDR) gezogen und nötigenfalls aufgewickelt werden und dass vorzugsweise ein Segment (SE+) vorgesehen ist, das eine Öffnung im Segmentkopf (SK) aufweist, durch die die Zahnkette (ZK) ins Innere des Kettenrades (VDR) ziehbar ist.
9. Kettengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kettenrad (VDR) mit zwei oder mehreren Zahnketten (ZK1, ZK2) versehen ist und dass die Antriebskette (AK) nur etwa in 1/5 bis 2/5 des von den Zahnketten (ZK) bestimmten Kreisumfanges eingreift und vor¬ zugsweise über eine gefederte Umlenkrolle (UR) zu einem weiteren Kettenrad (VDR) oder einem festen Zahnrad geführt wird.
10. Kettengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Kettenglied jeder Zahnkette (ZK) über zumindest einen Hebel (PH) mit einem in einer Ausneh¬ mung (SKF) eines Segmentkopfes (SK) vorgesehenen Schieber (SCH) verbunden ist, der über eine Fe¬ der (ZF) vom betreffenden Segment (SE) gezogen bzw. vom Endanschlag (SKFA) der Ausnehmung (SKF) gestossen wird.
11. Zahnkette (ZK) insbesondere für Kettengetriebe nach Anspruch 1 - 10, mit über Bolzen (VB) ver¬ bundenen Kettengliedern (KG1 , KG2), die je mindestens eine, vorzugsweise jedoch zwei Laschen (GS1 , GS2) aufweisen, welche über zumindest ein Verbindungselement (PL) mit einem parallel zu den Laschen (GS1, GS2) geführten Kettenzahn (ZKZ) derart verbunden sind, dass die Zahnkette (ZK) zur Aufnahme und Verzahnung mit einer Antriebskette (AK) oder einem Rollenrad (ZRR) geeignet ist und dass die Laschen (GS1 , GS2) vorzugsweise derart gewählt und über das Verbindungselement (PL) mit dem Kettenzahn (ZKZ) verbunden sind, dass die Verbindungsstellen der Laschen der Zahnkette (ZK) und der aufgenommenen Antriebskette (AK) zumindest annähernd konzentrisch zueinander stehen.ERSATZBLATT.
12. Zahnkette (ZK) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass koaxial zu den Verbin¬ dungsbolzen (VB) Rollen vorgesehen sind und/oder dass die Verbindungsbolzen (VB) nach aussen über die Laschen (GS1, GS2) hinausragen und zur Führung in Spiral- und/oder Führungsbahnen (SB, FB) geeignet sind und/oder dass die Laschen (GS1, GS2) mit Mitteln (KGN, KGNA) versehen sind, durch die das Mass der maximalen gegenseitigen Verdrehung der Kettenglieder (KG1, KG2) derart be¬ schränkt ist, dass die Kettenglieder (KG1, KG2) im gegenseitigen Anschlag immer auf einem gewünsch¬ ten Kreisumfang liegen, der vorzugsweise durch die maximal nach aussen verschobenen Segmente (SE) bestimmt ist.
13. Kettengetriebe nach einem der Ansprüche 1 - 10 mit einer Zahnkette nach einem der Ansprüche 11 - 12.ERSATZBLATT.
Description:
Kettengetriebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis und Zahnkette

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kettengetriebe und eine Kette nach dem Oberbegriff des Patent¬ anspruchs 1 bzw. 11.

Zur weitgehend verschleissfreien und schlupflosen Kraftübertragung zwischen zwei einen relativ gros- sen Abstand zueinander aufweisenden Wellen werden oft Kettengetriebe verwendet. Dazu werden die Wellen mit Kettenrädern versehen, die über eine Kette miteinander verbunden werden. Durch die Wahl der Durchmesser der verwendeten Kettenräder wird das Übersetzungsverhältnis des Getriebes festge¬ legt. Kettengetriebe sind zudem robust und kostengünstig und werden daher in verschiedensten An¬ triebssystemen, z. B. in Motorrädern, Fahrrädern oder in verfahrenstechnischen Maschinen eingesetzt.

Dabei besteht meist der Bedarf, das Übersetzungsverhältnis verändern zu können. Bei bekannten Kettenantrieben sind daher auf zumindest einer Welle mehrere Kettenräder unterschiedlichen Durch¬ messers vorgesehen. Durch das Umlenken der Kette von einem ersten zu einem zweiten Kettenrad lässt sich das Übersetzungsverhältnis bzw. das Verhältnis der Durchmesser der über die Kette miteinander verbundenen Kettenräder daher stufenweise verstellen. Dabei ist bekannt, dass die (Antriebs-) Kette immer genau rechtwinklig zu beiden Wellen laufen soll und in sich nicht verdreht werden darf. Durch das in den bekannten Kettengetrieben übliche Umlenken der Kette zwischen mehreren Kettenrädern entstehen daher Kantenpressungen und ein starker Verschleiss in den Gelenken. Ferner erfordert das Umlenken, das nur möglich ist, wenn die auf die Kette ausgeübte Zugkraft stark reduziert wird, einen relativ grossen Kraftaufwand. Derartige Kettengetriebe mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis sind ferner zur Verwendung in automatischen Getrieben schlecht geeignet.

Bei automatischen Kettengetrieben soll nämlich das Übersetzungsverhältnis unter Last innerhalb kurzer Zeit selbsttätig derart ändern, dass das Antriebsdrehmoment innerhalb vorgegebener Grenzen ver¬ bleibt. Ein Kettengetriebe mit veränderbarem Übersetzungsverhältnis ist aus der EP-OS 0 116 731 be¬ kannt. In diesem bekannten Getriebe, in dem das Übersetzungsverhältnis durch die kontinuierliche Än¬ derung des Durchmessers eines Kettenrades automatisch verstellt wird, sind zwei miteinander ver¬ bundene äussere Platten vorgesehen, die über eine Feder mit dem variablen Kettenrad verbunden sind. Das Kettenrad besteht aus mehreren Zahnrädern, die je über einen Steg mit einem Endpunkt eines Sternenrades verbunden sind. Jedes Zahnrad ist ferner beidseitig in Kanälen geführt, die in den beiden Platten vorgesehenen sind und greift phasenweise in eine Antriebskette ein. Durch die Änderung des über die Antriebskette auf das variable Kettenrad oder des über vorgesehene Pedalen auf die Platten einwirkenden Drehmomentes werden die beiden Platten relativ zum Kettenrad bzw. zum Sternrad ver¬ dreht, wodurch die Zahnräder radial innerhalb der Kanäle nach innen oder nach aussen verschoben werden. Dadurch wird entsprechend der Drehmomentänderung automatisch der Durchmesser des

ERSATZBLATT

Kettenrades und proportional dazu das Übersetzungsverhältnis geändert. (Ein ähnliches Kettengetriebe, bei dem jedoch eine manuelle Änderung des Übersetzungsverhältnisses vorgesehen ist, ist ferner aus der EP-OS 0 130984 bekannt.)

Nachteilig bei dem aus der EP-OS 0 116731 bekannten Kettengetriebe bzw. Kettenrad ist, dass von den vorhandenen sechs jeweils nur maximal vier Zahnräder gleichzeitig in die Antriebskette eingreifen können. Da die Zahnräder ferner einen relativ kleinen Durchmesser aufweisen, greift pro Zahnrad nur etwa ein Zahn fest in die Antriebskette ein. Ferner ist es möglich, dass bei ungünstigem Durchmesser des Kettenrades einzelne Zahnräder wohl in die Antriebskette eingreifen, jedoch keine Zugkraft aus¬ üben. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Abstand der Eingriffspunkte der Zahnräder nicht einem Vielfachen der Länge der Kettenglieder entspricht. Insgesamt wird die Antriebskette daher jeweils von einem bis maximal vier Zähnen gezogen. Dadurch ist es leicht möglich, dass die Antriebskette ge¬ legentlich vom Kettenrad springt. Insbesondere erhöht sich jedoch die Beanspruchung der in die Kette eingreifenden Zähne und der einzelnen Kettenglieder, da die Belastung nicht mehr gleichmässig über viele Zähne verteilt wird. Es ist daher anzunehmen, dass Verschleisserscheinungen bei diesem Kettengetriebe relativ früh auftreten, wodurch ein erhöhter Wartungsaufwand notwendig wird. Da die Antriebskette nur an wenigen Punkten des Kettenrades (in der Form eines Vielecks) aufliegt, ändert fer¬ ner 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 Kettengetriebes.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein nahezu verschleissfreies Kettenge¬ triebe mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis zu schaffen, das in kurzer Zeit und auch unter Last änderbar ist. Das erfind ungsgemässe Kettengetriebe soll ferner kostengünstig, robust und weitgehend wartungsfrei sein sowie einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Weiterhin soll das Übersetzungsverhält¬ nis stufenlos Stufen über einen grossen Bereich änderbar sein. Ferner soll das erfindungsgemässe Kettengetriebe in einer vorzugsweisen Ausführung derart ausgestaltet sein, dass das Übersetzungsver¬ hältnis selbsttätig, d.h. ohne menschliches Zutun derart geändert wird, dass das Antriebsdrehmoment bei Änderungen des Lastmoments innerhalb vorgegebener Grenzen verbleibt (automatisches Getriebe).

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 11 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Ansprüchen angege¬ ben.

Das erfindungsgemässe Kettengetriebe weist ein Kettenrad mit veränderlichem Durchmesser auf, bei dem eine kontinuierliche durch eine Zahnkette gebildete periphere Verzahnung vorhanden ist. Die Antriebskette wird daher immer gleichmässig von vielen Zähnen dieser Zahnkette erfasst und gezogen. Da die Zugkraft auf viele einzelne Kettenglieder und Zähne verteilt ist und nicht nur von wenigen Ele-

ERSATZBLATT

menten übertragen wird, ergibt sich nur eine geringe Abnutzung dieser Teile. Das Herausspringen der Kette wird ferner vermieden. Durch die besondere Gestaltung des variablen Kettenrades und der Zahn¬ kette wird eine Modulation der auf das Kettenrad einwirkenden Kräfte vermieden. Die Kraft kann daher gleichmässig auf das angetriebene Rad übertragen werden, wodurch der Radfahrer weniger ermüdet. Da die Rollen der Kette auf gleiche Weise wie bei einem normalen Kettenzahnrad durch die Zähne der Verzahnungskette angetrieben werden, wird ferner ein hoher Wirkungsgrad erreicht. Das Kettenge¬ triebe, das einfach und kostengünstig aufgebaut ist, erlaubt die stufenlose Veränderung des Überset¬ zungsverhältnisses. Die Einstellung des gewünschten Übersetzungsverhältnisses ist zudem bei beliebi¬ ger in der Kette vorhandener Zugkraft möglich. Die einzelnen Komponenten des Kettengetriebes wirken dabei derart aufeinander ein, dass nur ein minimaler Materialverschleiss auftritt. Insbesondere ergibt sich eine Erhöhung der Lebensdauer der Kettenräder und der (Antriebs-) Kette. Die Lebensdauer der Kette wird insbesondere dadurch erhöht, dass diese niemals Ruckweise belastet wird und immer rechtwinklig zu den getriebenen Wellen verläuft. Die die Lebensdauer der Kette begrenzende bleibende Längung von ungefähr 3%, die durch Recken und Abnutzung der Gelenke hervorgerufen wird, wird daher erst nach langer Betriebszeit des Kettengetriebes erreicht. Das erfindungsgemässe Kettengetrie¬ be eignet sich besonders zum Einsatz als automatisches Getriebe für Motorräder und Fahrräder, bei denen im allgemeinen nur eine stark begrenzte, vom Kettengetriebe auf das Antriebsrad zu übertra¬ gende Antriebsleistung zur Verfügung steht und eine stetige optimale Anpassung des Übersetzungsver¬ hältnisses an die dauernd wechselnden Bedingungen (Steigungen, Beschleunigungen) speziell wichtig ist. Besonders geeignet für diese Anwendungszwecke ist auch der mit dem erfindungsgemässen Ket¬ tengetriebe realisierte Getriebe-Automat, bei dem das Übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit des be¬ stehenden Lastdrehmomentes und dem zur Verfügung stehenden bzw. dem gewünschten Antriebs¬ drehmoment selbsttätig eingestellt wird. Dadurch erhöht sich der Komfort, der Wirkungsgrad und die Sicherheit im Umgang mit Geräten, die mit erfindungsgemässen Kettengetrieben ausgerüstet sind. Zur Anpassung des Schaltverhaltens an die Wünsche des Anwenders kann das Kettengetriebe auch als Halbautomat ausgeführt werden. Dabei kann der Anwender z.B. das gewünschte Antriebsdrehmoment nicht nur vor, sondern vorzugsweise auch während dem Betrieb einstellen und ändern. Es kann femer vorgesehen sein, dass der Schaltvorgang immer nur vom Anwender ausgelöst werden kann. D.h., falls der Anwender das Antriebsdrehmoment bei steigender Last erhöht und das Übersetzungsverhältnis bis zu einem bestimmten Zeitpunkt beibehalten will, kann er den Schaltvorgang beliebig verzögern und erst bei einer ihm passenden Gelegenheit auslösen.

Das variable Kettenrad des erfindungsgemässen Kettengetriebes ist aufgrund der Verwendung einer Zahnkette ferner auch zum Antrieb von Zahnrädern anstatt von Antriebsketten sehr gut geeignet, was bei den oben beschriebenen Lösungen aus dem Stand der Technik nicht möglich ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Dabei zeigt :

ERSATZBLATT

Fig. 1 ein mit einer Zahnkette sowie mit einer Spiralbahn- und einer Führungsbahnplatte versehenes variables Kettenrad

Fig. 2 ein mit zwei variablen Kettenrädern versehenes Fahrrad

Fig. 3 ein mit einer Spiralfeder versehenes Kettenrad und Seitenansicht

Fig. 4 ein variables Kettenrad mit Rückzugsvorrichtungen für zwei Zahnketten

Fig. 5 eine mit mehreren Spiralbahnen und Segmenten versehene Spiralbahnplatte

Fig. 6 eine bevorzugte Ausgestaltung der Zahnkette

Fig. 7 eine bevorzugte Verbindung zwischen der Zahnkette und einem Segment

Fig. 8 ein variables Kettenrad mit Dämpfungs- bzw. Steuerelementen

Fig. 1 (siehe auch Fig. 3) zeigt ein Kettenrad VDR, das im wesentlichen aus einer Spiralbahnplatte SBP und einer Führungsbahnplatte FBP besteht, die (bei der Verwendung des Kettengetriebes als Getriebe¬ automat) über ein elastisches Element, z.B. die in Fig. 3 gezeigte Spiralfeder SFR, miteinander verbun¬ den sind. Der Spiralbahnplatte SBP, die mit einer Antriebswelle W fest verbunden ist, ist eine Spiralbahn SB zugefügt, deren Bahnradius proportional zu einer Drehung nach rechts abnimmt. Nebst derartigen archimedischen Spiralen ist die Verwendung weiterer Spiralformen möglich. Z.B. können auch Spiral¬ bahnen SB vorgesehen sein, deren Steilheit kontinuierlich oder schrittweise ändert. Die Spiralbahn SB kann mit der Spiralbahnplatte SBP verbunden oder vorzugsweise in diese eingearbeitet sein. In der Führungsbahnplatte FBP sind acht Führungsbahnen FB vorgesehen, von denen die Führungsbahn FB3 gezeigt ist. Ferner sind acht radial ausgerichtete Segmente SE1 SE8 vorgesehen, die Mittel (SN;

Nse, Rse, Fse) aufweisen, mit denen sie auf der einen Seite in die Spiralbahn SB und auf der anderen Seite in die Führungsbahnen FB eingreifen können. Auf der Frontseite kann ein Segment SE z.B. einen oder mehrere Nocken Nse, eine oder mehrere Rollen Rse oder einen Flügel Fse aufweisen, mit denen in die Führungsbahnen FB eingegriffen wird. Vorzuziehen sind Mittel (Rse), die reibungsfrei innerhalb der Führungsbahnen FB verschiebbar sind. Auf der Rückseite der Segmente SE ist vorzugsweise nur ein Nocken SN (oder eine Rolle) vorgesehen, der in die Spiralbahn SB eingreift. Vorzuziehen sind wiederum Mittel, die reibungsfrei innerhalb der Spiralbahn SB verschiebbar sind. Die Segmente SE sind in den Führungsbahnen FB in Abhängigkeit der Stellung der Spiralbahn SB stirnseitig zwischen einem Umfang Umin und Umax verschiebbar. Die Stirnseiten der Segmente SE, die vorzugsweise annähernd bo¬ genförmig ausgebildet sind, werden femer von mindestens einer (teilweise gezeigten) Zahnkette ZK fast vollständig umschlossen, die von einem nicht gezeigten Mechanismus (s. Fig. 4) spielfrei gehalten wird. D.h., bei einer Änderung der Übersetzung bzw. des Durchmessers des von den Segmenten SE festge¬ legten Kreises, dessen Umfang sich zwischen Umax und Umin bewegt, wird die Länge der Zahnkette ZK entsprechend angepasst. Falls die Übersetzung nicht geändert wird, so werden alle Glieder der Zahnkette ZK mit derselben Winkelgeschwindigkeit wie die Segmente SE um das Zentrum des Ketten¬ rades VDR bewegt. Die Kettenglieder KG oder die Segmente SE weisen bevorzugt Rollen auf, mittels denen die Zahnkette ZK auf den Segmenten SE beim Wechsel der Übersetzung abrollen und leicht nachgezogen werden kann. Durch die Zähne ZKZ der Zahnkette ZK wird der eigentliche Zahnkranz des

ERSATZBLATT

Kettenrades VDR gebildet, der zum Ziehen einer Antriebskette AK oder eines Zahn- oder mit Rollen ZRR versehenen -Rades ZR geeignet ist Der durch die Zahnkette ZK gebildete Zahnkranz ist dabei unabhängig von den Mitteln vorteihaft einsetzbar, durch die die Segmente SE radial bewegt werden. Beispielsweise ist es möglich die Segmente SE durch Gestänge, Kipphebel oder Gewindestangen zu bewegen, die beispielsweise von Zahnrädern angetrieben werden.

Das erfindungsgemässe Kettenrad VDR, das, wie in Fig. 2 gezeigt, zur Anwendung in Fahrrädern gut geeignet ist, weist folgenden Antriebsweg auf :

Von der fest mit der Spiralbahnplatte SBP verbundenen Antriebswelle W wird über die Spiralfeder SFR (s. Fig. 3) ein Antriebsdrehmoment auf die Führungsbahnplatte FBP übertragen. Von der Führungs¬ bahnplatte FBP werden entsprechende Kräfte auf die in die Führungsbahnen FB eingreifenden Rollen Rse (bzw. Nocken Nse, etc.) bzw. auf die Segmente SE übertragen. Über die sich mit derselben Win¬ kelgeschwindigkeit wie die Segmente SE bewegende Zahnkette ZK wird dabei eine Zugkraft auf die Antriebskette AK (oder ein Zahnrad) ausgeübt.

Die Segmente SE1 SE8 sind bei Inbetriebnahme des Kettengetriebes radial maximal nach aussen verschoben und stossen stimseitig an den Kreisbogen Umax an. Die auf die Zahnkette ZK ausgeübte Zugkraft ist in diesem Zustand daher am geringesten. Falls diese Kraft nicht genügt, das Fahrrad (zügig) in Bewegung zu setzen, wird die Spiralbahnplatte SBP und die Welle W relativ zur Führungsbahnplatte FBP gedreht, wodurch die Segmente SE, die dem Lauf der Spiralbahn SB folgen, festgelegt durch die Führungsbahnen FB, radial nach innen gezogen werden. Die Verschiebung der Segmente SE ist bei ar¬ chimedischen Spiralbahnen SB jeweils proportional zur relativen Verdrehung der Spiralbahnplatte SBP und der Führungsbahnplatte FBP. D.h., je weiter die Spiralbahnplatte SBP der Führungsbahnplatte FBP voreilt, desto kleiner wird der Radius des durch die Segmente SE gebildeten Kreises. Proportional zur Abnahme des Kreisradius steigt dabei die auf die Antriebskette AK ausgeübte Zugkraft, wodurch das Fahrrad stärker beschleunigt wird. Sobald die von der Spiralfeder SFR und der Antriebskette AK auf die Führungsbahnplatte FBP einwirkenden Kräfte im Gleichgewicht sind, befinden sich die Spiralbahnplatte SBP und die Führungsbahnplatte FBP im Gleichlauf. Falls z.B. nach Abschluss der Beschleuni¬ gungsphase die Gegenkraft der Antriebskette AK abnimmt, wird die Führungsbahnplatte FBP durch die Spiralfeder SFR nachgezogen, so dass sich die relative Verdrehung der Spiralbahnplatte SBP und der Führungsbahnplatte FBP reduziert. Dadurch werden die Segmente SE wieder radial nach aussen ver¬ schoben, wodurch sich das Übersetzungsverhältnis wieder erhöht. Durch das Kettenrad VDR wird das Lastmoment daher jeweils dem gewählten über die Spiralfeder SFR auf die Führungsbahnplatte FBP übertragenen Antriebsdrehmoment angepasst. Eine grosse Änderung des Lastmomentes kann daher mit einer relativ kleinen Änderung des Antriebsmomentes ausgeglichen werden.

ERSATZBLATT

Die Spiralfeder SFR, des in Fig. 3 in Front- und Seitenschnitt-Darstellung dargestellten Kettenrades VDR ist einerseits über ein Verbindungselement VEW mit der Welle W sowie der Spiralbahnplatte SBP und andererseits über eine Schraube SW mit der Führungsbahnplatte FBP verbunden. Durch die Schraube SW wird dabei der Abstand eines mit der Spiralfeder SFR verbundenen Endstücks MR von einem mit der Führungsbahnplatte FBP verbundenen Element RG eingestellt. Dadurch lässt sich die Spiralfeder SFR bedarfsweise vorspannen. D.h., die Spiralbahnplatte SBP und die Führungsbahnplatte FBP werden mit einer Vorspannkraft relativ zueinander fixiert. Erst nach Überschreiten dieser Vorspannkraft durch Anlegen eines entsprechend hohen Antriebsdrehmomentes wird diese Kraft überschritten und die Spi¬ ralbahnplatte SBP relativ zur Führungsbahnplatte FBP gedreht. Durch die Wahl von Federn mit einer tieferen Federkonstante kann dabei die Kraft reduziert werden, die benötigt wird, um die Spiralbahnplat¬ te SBP relativ zur Führungsbahnplatte FBP um einen bestimmten Winkel zu verdrehen. D.h., das An¬ triebsdrehmoment muss nur geringfügig erhöht werden, um eine starke Erhöhung des Lastmoments auszugleichen. Femer kann durch die Vorspannung natürlich auch festgelegt werden, in welchem Be¬ reich das zu erbringende Antriebsdrehmoment liegen soll. In Fig. 3 (Seitenschnitt) ist ferner der Eingriff der Segmente SE1 und SE5 in die Führungsbahnen FB1 und FB5 der Führungsbahnplatte FBP sowie in die Spiralbahn SB der Spiralbahnplatte SBP. Die Segmente SE1, SE5 weisen zu diesem Zweck mit Rol¬ len Rse versehene Nocken NFB bzw. NSB auf.

Falls der Umfang des durch die Segmente SE bestimmten Kreises, entlang dem die Zahnkette ZK verläuft, ändert und die Zahnkette ZK spielfrei gehalten werden soll, muss der der Umfangsänderung entsprechende Teil der Zahnkette ZK auf- oder abgewickelt werden. Dazu ist die in Fig. 4 gezeigte Lösung geeignet, bei der zwei Zahnketten ZK1 und ZK2 mittels einem Verbindungselement VE1 bzw. VE2 lose oder fest mit dem Segment SE1 bzw. SE4 verbunden und von einem Federelement FE1 bzw. FE2 über das Segment SE3 bzw. SE6 nach innen zurückgezogen und straff gespannt wird. Durch das Segment SE1 bzw. SE4 wird die Zahnkette ZK1 bzw. ZK2 daher im Uhrzeigersinn gezogen. Bei der bevorzugten Verwendung von zwei oder mehrere Zahnketten ZK wird erreicht, dass eine der Zahnket¬ ten ZK1 ; ZK2 bei jeder Umdrehung der Führungsbahnplatte FBP einmal aus dem Eingriff mit der An¬ triebskette AK gelangt. Dadurch kann diese nicht mehr im Eingriff mit der Antriebskette AK befindliche Zahnkette ZK1 oder ZK2 relativ zur Antriebskette AK verschoben werden, wodurch ein problemloses neuerliches Ineinanderverzahnen der Antriebs und der Zahnkette AK bzw. ZK ermöglicht wird (s. Fig. 7). Dazu sollte die Antriebskette AK nur etwa in 1 /5 bis 2/5 des von den Zahnkette (ZK) bestimmten Kreis- umfangs eingreifen.

Bei der Änderung des Durchmessers des Kettenrades VDR entstehende Überlangen der Antriebskette AK werden durch eine mit der Führungsbahnplatte FBP verbundene Umlenkrolle UR aufgefangen, die z.B. in einer Führung URF mit konstanter Kraft nach unten gedrückt wird. Durch die Umlenkrolle UR ist femer vorgesehen, dass die Antriebskette AK nur in einem vorgesehenen Winkel a in die Zahnkette ZK eingreift. Der Winkel a wird dabei relativ klein, z.B. 90°, gehalten, da Änderungen der Übersetzung oder

ERSATZBLATT

zumindest das Auf- und Abwickeln der Zahnkette ZK nicht zulässig sind, falls das frontseitige und das rückseitige Ende der Zahnkette ZK gleichzeitig im Eingriff mit der Antriebskette AK sind. In Fig. 4 ist ersichtlich, dass die zweite Zahnkette ZK2 nach einer geringfügigen weiteren Drehung des Kettenrades VDR aus dem Eingriff mit der Antriebskette AK gerät und durch das Federelement FE2 neu positioniert werden kann.

In Fig. 5 ist eine Spiraibahnplatte SBP gezeigt, die acht Spiralbahnen SB1 SB8 aufweist, die im Ver¬ gleich zu der in Fig. 1 gezeigten Spiralbahn SB eine viel grössere Steilheit aufweisen. Dies kann z. B. für bestimmte Spiralfedern SFR von Vorteil sein. Natürlich können pro Spiralbahn SB auch zwei oder meh¬ rere Segmente SE vorgesehen sein. Vorzugsweise werden identische Segmente SE1, ..., SE8 verwen¬ det, was zu einer Reduktion der Produktionskosten führt. Die Segmentköpfe SK können ferner mit Schlitzen SKS versehen sein, die annähernd parallel zur Zahnkette ZK verlaufen und in denen ein in zwei Segmente SE eingreifender Schieber VSR vorgesehen ist, der zum Abstützen der Zahnkette ZK zwischen den Segmenten SE vorgesehen ist. Bei der radialen Verschiebung der Segmente SE nach in¬ nen wird dieser Schieber VSR in die entsprechenden Schlitze SKS hineingeschoben. In Fig. 5 ist ferner ein Segment SE+ gezeigt, das eine Öffnung SEo im Segmentkopf SK aufweist, durch die das rücksei¬ tige Ende ZKr der Zahnkette ZK in das Innere des Kettenrades VDR gezogen werden kann. Das frontseitige Ende ZKf der Zahnkette ZK ist in der gezeigten Ausführung mit demselben Segment SE+ fest verbunden. Durch diese Lösung ergibt sich eine erhebliche Platzersparnis im Vergleich zu der in Fig. 4 gezeigten Lösung.

In Fig. 6 ist ein Teil einer Zahnkette ZK dargestellt, die aus miteinander über Bolzen VB verbundenen Kettengliedern KG1 und KG2 besteht. Jedes Kettenglied KG besteht vorzugsweise aus zwei Laschen GS1, GS2, die in gleichem Abstand einen parallel zu den Laschen GS1 , GS2 verlaufenden Kettenzahn ZKZ einschliessen und mit diesem einseitig über eine Platte PL verbunden sind. Die miteinander ver¬ bundenen Laschen GS der Zahnkette ZK entsprechen bezüglich der Abstände der Verbindungspunkte zumindest annähernd den Laschen der Antriebskette AK (s. Fig. 7). Die Antriebskette AK wird daher von der Zahnkette ZK derart aufgenommen, dass deren Zähne ZKZ sich passend zwischen die Rollen der Antriebskette AK einfügen. Die Rollen der Kette AK bzw. die Verbindungspunkte der Kettenglieder liegen dabei annähernd konzentrisch zu den Bolzen VB. Die ineinandergreifenden Teile der beiden Ketten AK und ZK weisen daher immer denselben Krümmungsradius auf.

Der Bolzen VB kann ferner über die Laschen GS hinausragen, so dass er in der Führungsbahn FB und/oder der Spiralbahn SB geführt werden kann. Das Kettenrad VDR wird dabei vorzugsweise durch zwei Spiralbahnplatten SBP gebildet, die mit der Welle W verbunden sind und die die eingeschlossene Zahnkette ZK bzw. die Kettenglieder KG beidseitig in mindestens je einer Spiralbahn SB führen. Die Zahnkette ZK wird in diesem Fall vorzugsweise ohne zusätzliche Führungsbahnplatte FBP direkt von einem mit der Welle W verbundenen elastischen Element, z.B. der Spiralfeder SFR gezogen. Anstatt den

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Segmenten SE, wie in Fig. 3 gezeigt, würden daher die einzelnen Kettenglieder KG in der Spiralbahn SB geführt und radial verschoben. Die Zahnkette ZK wird dabei vorzugsweise ebenfalls durch ein elastisches Element (FE) gespannt.

Ferner kann um die herausragenden Teile der Bolzen auch ein Rad vorgesehen sein, das auf den Seg¬ menten SE abrollt. Weiterhin können Kettenglieder KG, die insbesondere für kleinere Antriebsmomente vorgesehen sind, auch nur einseitig mit einer Lasche GS versehen sein. Weiterhin können die Kettenglieder KG2 mit Nocken KGN versehen sein, die bei einer maximal zulässigen gegenseitigen Ver¬ drehung der Kettenglieder KG1 und KG2 auf einen an den Kettengliedern KG1 vorgesehenen Anschlag KGNA auftreffen. Dadurch wird ein Durchhängen oder eine Durchbiegung der Zahnkette ZK verhindert.

In Fig. 7 sind die ersten vier Glieder KG1, ...KG4 der Zahnkette ZK unmittelbar vor dem Moment gezeigt, in dem sie in die Antriebskette AK eingreifen. Das erste Kettenglied KG1 ist dabei über zwei parallel ge¬ führte Hebel PH mit einem Schieber SCH verbunden, der in einer Ausnehmung SKF des Segment¬ kopfes SK geführt und über ein elastisches Element, z.B. eine Feder ZF mit dem Segmentkopf SK verbunden ist. Durch die Feder ZF wird der Schieber nach vorn gezogen, wodurch das erste Ketten¬ glied KG1 vom Segmentkopf SK abgehoben wird. Falls die Zahnkette ZK rückseitig nicht mehr im Ein¬ griff mit der Antriebskette ist (z.B. bei der Verwendung von zwei Zahnketten ZK) wird das abgehobene Kettenglied KG1 durch die Antriebskette AK erfasst und in die richtige Position geführt. Auch nach dem Wechsel des Übersetzungsverhältnisses wird dadurch ein sanftes Ineinandergreifen der beiden Ketten AK und ZK ermöglicht. Durch die Antriebskette AK wird das erfasste Kettenglied KG1 nach unten ge¬ drückt, wonach der Schieber SCH bis zu einem in der Ausnehmung SKF vorgesehenen Anschlag SKFA zurückgestossen und von diesem erfasst wird.

In Fig. 8 ist ein Kettenrad VDR gezeigt, bei dem die Führungsbahnplatte FBP und die von der Welle W angetriebene Spiralbahnplatte SBP eng beieinander liegen, die verwendeten Segmente SE sind durch Flügel Fse in den Führungsbahnen FB der Führungsbahnplatte FBP geführt und greifen ferner mit ei¬ nem Nocken SN in die in der Spiralbahnplatte SBP vorgesehene Spiralbahn SB ein. Um ruckartige ge¬ genseitige Verschiebungen der Platten FBP und SBP zu vermeiden, sind darin Dämpfungselemente EM; VS dargestellt die vorzugsweise alternativ verwendet werden. Z.B. kann eine viskose Schicht vor¬ gesehen sein, die die Platten SBP und FBP mit einander verbindet und die eine schnelle Relativbewe¬ gung der Platten SBP und FBP verhindert. Ferner kann ein Elektromotor EM vorgesehen sein, der mit einer der Platten (z.B. SBP) fest und mit der anderen Platte (z.B. FBP) über ein Antriebsrad (z.B. Zahn¬ rad EMZR) verbunden ist. Durch eine Relativbewegung beider Platten SBP und FBP wird der Elektro¬ motor EM daher über das Zahnrad EMZR in Bewegung gesetzt. Durch die entsprechende Beschaltung des Elektromotors EM kann die Relativbewegung der Platten nahezu beliebig gedämpft werden. Durch einen Kurzschiuss des Elektromotors EM über eine Diode kann z.B. vorgesehen sein, dass eine relative Vorwärtsbewegung der Spiralbahnplatte SBP gedämpft und eine relative Rückwärtsbewegung der Spi-

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ralbahnplatte SBP ungedämpft verläuft. Verschiedene Beschattungen (Zuschaltung von Spannungs¬ quellen mit entsprechender, vorzugsweise variabler Grosse und Polarität, Kurzschlusswicklungen, Wi¬ derständen und/oder Dioden) sind durch den Fahrer dabei vorzugsweise manuell z.B. über einen Schalter SR einstellbar. Durch das Anlegen einer Spannung an die Wicklungen des Elektromotors kann eine Relativbewegung der Platten FBP und SBP dabei gezielt herbeigeführt oder zumindest unterstützt werden. Der Elektromotor EM wird in diesem Fall als Steuerelement eingesetzt. Femer kann vorgesehen sein, dass über das gezeigte Zahnrad EMZR eine Betätigung eines hydraulischen Dämpfers bewirkt wird.

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