Verfahren zur kontinuierlichen Veränderung einer Geschwindigkeit und formschlüssi- ges Getriebe zur Kraftübertragung Durch ein Getriebe wird bekanntlich die Geschwindigkeit eines Antriebes in eine höhere oder niedrigere Geschwindigkeit eines Abtriebes verändert. Neben den stufenförmigen Zahnradgetrieben gibt es stufenlose Getriebe, die im allgemeinen hydraulische Kupplungs- elemente aufweisen.
Eine andere Art eines stufenlosen Getriebes offenbart die DE-A-196 50 222. Dort ist mit Vorteil ein stets formschlüssiges Getriebe offenbart, bei dem sich An-und Abtrieb umfassen und über Kupplungselemente ständig miteinander verbunden sind. Auf einer zentral gela- gerten Welle wird der Antrieb bewirkt. Durch eine in ihrer Exzentrizität verstellbare Exzen- terwalze der Antriebswelle werden die Kupplungselemente, die als auf einer Grundplatte ortsfest gelagerte Winkelhebel mit Klinkenhebel ausgebildet sind, in eine als Freilauf aus- gebildete Verzahnung mit der Abtriebsscheibe zur Kraftübertragung in Eingriff gebracht.
Dazu sind die Winkelhebel auf der innenliegenden Seite mit auf der Exzenterwalze auflie- genden Rollen und auf der außenliegenden Seite mit den federbelasteten Klinkenhebeln versehen. Die Klinkenhebel greifen in die als Innenverzahnung ausgebildete Klinkenver- zahnung der Abtriebsscheibe, die wiederum achsrecht zur Antriebsachse gelagert ist. Klin- kenhebel und Klinkenverzahnung sind folglich zu einem Freilauf ausgebildet. Die Winkel- hebel werden durch Federn in ständigem Kontakt zur radial verstellbaren Exzenterwalze gehalten. Je nach exzentrischer Stellung der Exzenterwalze auf der sich drehenden An- triebswelte erfahren die Winkelhebel eine entsprechende hin-und hergehende Bewegung, die sie auf die Klinkenhebel und damit auf die Innenverzahnung des Abtriebsrades übertra- gen. Die Größe der Bewegung der Klinkenhebel und somit des Übersetzungsverhältnisses wird durch die eingestellte Exzentrizität der Exenterwalze bestimmt. Im Laufe der zweiten Hälfte der Exzenterwalze gehen die Winkelhebel in Ausgangsstellung zurück-das heißt- das Abtriebsrad wird von einem Winkelhebel bzw. Klinkenhebel befördert bis der nächste in Drehrichtung liegende Hebel die Kraftübertragung übernimmt.
Abgesehen davon, dass das vorbekannte Getriebe formschlüssig arbeitet, offenbart es mehrere Nachteile. Die Drehbewegung des Antriebes wird über Kupplungselemente, die aus einer Vielzahl von Einzelteilen zusammengesetzt sind, zuerst in eine oszillierende Schwingung der Winkelhebel und dann der nachfolgenden Taumelbewegung der Klinken- hebel umgewandelt. Schon bei niederen Drehzahlen wird eine hohe Vorspannung der aus einer Vielzahl von Einzelteilen bestehenden Kupplungselemente erforderlich. Daraus resul- tiert dann auch ein schlechter Wirkungsgrad und wegen den oszillierenden Bewegungen eine große Schwingungsanfälligkeit.
Weiterhin muss dort zur Regelung der Abtriebsgeschwindigkeit der exzentrisch gelagerte Rotor in seiner Exzentrizität verändert werden. Dieses zwar formschlüssige Getriebe hat auch diesen Nachteil, dass zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses die Exzentri- zität des Rotors im Verhältnis zum Hohlrad verändert werden muss, was bei in Betrieb be- findlichem Getriebe nur im belasteten, kraftübertragenden Zustand der Kupplungselemente möglich ist.
Ausgehend von dem Getriebe nach dieser Offenlegungsschrift, das nach einem gemäß der Gattung des 1. Anspruchs definierten Verfahren arbeitet, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, wie die Anzahl der Einzelteile auch die der Kupp- lungselemente verringert werden kann, um die Drehzahlfestigkeit zu erhöhen, und auch wie bei einem in Betrieb befindlichen Getriebe dieser Art die Verstellung des Übersetzungsver- hältnisses in einem unbelasteten Zustand möglich gemacht werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass der Antriebkontakt über an dem Rad be- festigte und mit dem Rad umlaufende Kupplungselemente erzeugt wird. Damit arbeitet das Getriebe direkt mit einem hohen Wirkungsgrad.
Vorteilhaft ist bei dieser Arbeitsweise des Getriebes weiterhin, dass jetzt die Kupplungsele- mente durch ein Steuerelement zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses in ihrem Eingriffsbereich beeinflusst werden können. Die Exzentrizität zwischen Antrieb und Abtrieb muss nunmehr zur Änderung der Abtriebsübersetzung nicht mehr verändert werden, viel- mehr kann diese Exzentrizität fest eingestellt werden. Um von einer Übersetzung zur ande- ren zu gelangen, wird nunmehr der Eingriffsbereich der Kupplungselemente in den Rotor gesteuert und zwar durch dieses Steuerelement. Dies erfolgt mit Vorzug dadurch, dass das Steuerelement unabhängig von den An-und Abtrieben und insofern unabhängig vom Kraft- fluss der An-und Abtriebe in den Bewegungsbereich der Kupplungselemente verlagert wird und dabei die Kraftübertragung zwischen An-und Abtrieb ermöglicht oder verhindert. Das Steuerelement beeinflusst also den formschlüssigen Kontakt der Kupplungselemente zum Antrieb des Abtriebs.
Es ist für die einfache Bedienung des Getriebes günstig, wenn das Steuerelement achspa- rallel zu der Achse des An-oder Abtriebs gelagert und am Umfang mit einer Eingriffszone für die Kupplungselemente versehen wird, die zum Verstellen des Übersetzungsverhältnis- ses um die Achse des Steuerelementes verlagert wird. Je nach dem wo die Eingriffszone des Steuerelementes am Umfang des Rotors angeordnet ist, wo also die Kupplungsele- mente in die Zähne des Rotors eingreifen und die Kraft vom angetriebenen Hohlrad über- tragen können, also im Bereich einer größeren Entfernung zum Hohlrad oder unmittelbar benachbart zum Hohlrad, so wird die Geschwindigkeit des Abtriebs von der langsamen zur schnelleren Geschwindigkeit verändert.
Das vorbekannte Getriebe weist zur kontinuierlichen Kraftübertragung zwischen einem klei- neren Rotor und einem um dieses achsrecht umlaufenden Hohlrad, die jeweils eine An- oder Abtriebsfläche oder-elemente dasu aufweisen und wobei der Rotor zur Erzeugung eines Übersetzungsverhältnisses in eine exzentrische Lage zum Hohlrad verlagert ist, zum antriebsmäßigen Kontakt zwischen dem Rotor und dem Hohlrad Kupplungselemente auf, die nur teilweise zwischen dem Rotor und dem Hohlrad in kraftschlüssigem Antriebskontakt stehen. Nach der Erfindung sind nunmehr die Kupplungselemente an dem Hohlrad befes- tigt, womit die Kupplungselemente mit dem Hohlrad umlaufen. Diese von sich aus günsti- gere Konstruktion ermöglicht jetzt neben dem Rotor und dem Hohlrad die Anordnung eines achsparallelen Steuerelementes, das unabhängig von der kraftschlüssigen An-und Ab- triebsverbindung zur Erzeugung des tatsächlichen Übersetzungsverhältnisses bewegbar gelagert ist. Das Steuerelement beeinflusst über seinen Umfang das Übersetzungsverhält- nis. Es kann als U-förmige, den Rotor umfassende topfförmige Scheibe oder Deckel aus- gebildet und am Umfang mit einer offenen Eingriffszone für die Kupplungselemente verse- hen sein. Die Eingriffszone am Umfang der Scheibe sollte ein Ausschnitt sein, durch den dann hindurch die Kupplungselemente in die Zähne od. dgl. des Rotors eingreifen und diesen antreiben.
Das-wie beschrieben-mechanische Steuerelement kann auch durch eine mit Magnetkraft arbeitende Einrichtung ersetzt werden. Mittels der magnetischen Kraft können die Kupp- lungselemente in der Eingriffzone in ihrer Bewegung beeinflusst werden. Die Magnetkraft übernimmt also die Drehbewegung des Steuerelementes und beeinflusst den tatsächlichen Eingriff der Kupplungselemente. Eine Magnetkraft kann auch die Anlage der Kupplung- elemente an dem Steuerelement bewirken. Üblicherweise liegen die Kupplungselemente unter Federkraft am Umfang der Steuerelementes an, diese Federkraft kann auch ein Mag- net bewirken.
Der Verstellbereich für das Steuerelement ist nur ein Bruchteil des Umfangs des Rotors.
Nur auf einem Teilstück des Umfangs des Rotors durchlaufen für die Kupplungselemente Minimum und Maximum der Übersetzung. Der Rest der Verzahnung könnte grundsätzlich abgedeckt sein. Die Steuerscheibe muss nur mindestens zwei maximale Kupplungsele- ment-oder Klinkenabstände weit offen sein. Je mehr Klinken am Umfang des Hohlrades beweglich angeordnet sind, um so kleiner wird der Abstand. Bei geringerem Abstand der Kupplungselemente voneinander verbessert sich auch der Rundlauf des Getriebes.
Eine andere bzw. zusätzliche Einrichtung ist ein Kontaktring. Er begrenzt den Kontaktbe- reich zwischen Planeten (bewegliche Kraftübertragungselemente) und Hohlrad auf die ge- wünschte Zone. Seine Verwendung gestattet eine Übersetzung ins Langsame und ins Schnelle, was ohne ihn nicht möglich wäre. Der Kontaktring kann eine kreisförmige Funkti- onsfläche haben, Ovale und Kurven weisen in manchen Anwendungsfällen jedoch größere Vorteile auf. Auch das Vergrößern und/oder Verkleinern dieser Fläche (n) kann vorteilhaft sein. Wird das Hohlrad als elastisches, radial verformbares Element ausgeführt, kann die Rundlaufgenauigkeit wesentlich verbessert werden.
In mehreren Ausführungsbeispielen ist der Gegenstand der Erfindung dargestellt. Anhand dieser ist die Erfindung noch weiter zu erläutern. Es zeigen : Fig. 1 das Prinzip des Getriebes in der Stellung der größten Übersetzung, Fig. 2 das Getriebe nach Fig. 1 in der Nullstellung, also mit bei dieser Exzentrizität erzeugbaren Geschwindigkeitserhöhung, Fig. 3 das Prinzip des Getriebes mit anderen Kupplungselementen, Fig. 4 das Getriebe nach Fig. 3 mit einer größeren Anzahl von Kupplungselementen, Fig. 5 Achsansicht, Schnitt durch und Seitenansicht des Steuerelementes, Fig. 6 das Getriebe in einer Praxisausführung mit fest eingestellter Exzentrizität mit aus der Fig. 7 hervorgehenden Seitenansicht und aus der Fig. 8 hervorgehenden Ansicht des Rotorabtriebs, Fig. 9 das Getriebe mit einer Praxisausführung und zusätzlich verstellbarer Exzentrizität des Rotors mit aus Fig. 10 ersichtlicher Seitenansicht, Fig. 11 ein Schiebergetriebe mit radial verstellbarem Steuerelement und Fig. 12 das Schiebergetriebe nach Fig. 11 mit den in Eingriff sichtbaren Kupplungselemen- ten.
Das Getriebe nach der Erfindung besteht jeweils aus einem Hohlrad 1 und einem Rotor 2, der innerhalb des Hohlrades 1 achsrecht angeordnet ist, und zwar zur Erzeugung eines Übersetzungsverhältnisses exzentrisch. Die Verbindung zwischen Hohlrad 1 und Rotor 2 wird durch Kupplungselemente 3 bewirkt, die am Umfang des Hohlrades 1 einerseits gelen- kig befestigt und zum Rotor 2 hin ausgerichtet sind und andererseits an dem Rotor 2 form- schlüssig angreifen. Die den Antrieb bewirkende Verbindung erfolgt z. B. über Zähne, die sowohl an dem Umfang des Rotors 2 als auch an der an dem Rotor anliegenden Längsflä- che der Kupplungselemente 3 vorgesehen sein können.
Der Rotor 2 ist von einem Steuerelement 4 abgedeckt oder umfasst. Gemäß Fig. 1 und 2 ist dieses Steuerelement eine Ringscheibe, an deren die Zähne des Rotors 2 abdeckenden Ringflansch 4'die Kupplungselemente 3 federnd oder mittels Magnetbeeinflussung anlie- gen. Soweit der insbesondere aus Fig. 5 ersichtliche Ringflansch 4'ringsum geschlossen ist, greifen die Zähne der Kupplungselemente nicht in die des Rotors 2 ein. Eine form- schlüssige Verbindung zwischen Hohlrad 1 und Rotor 2, ein Antrieb des Rotors 2 erfolgt nur im Bereich 4", wo das Steuerelement 4 einen Segmentausschnitt 5 aufweist. Auf einem Drittel des Umfangs durchlaufen die Kupplungselemente 3, 3', 8 Minimum und Maximum der mit der Exzentrizität eingestelften Übersetzung. Der Rest der Verzahnung 2'ist durch das Steuerelement 4,4'abgedeckt. Der Segmentausschnitt 5 ist mindestens zwei eingrei- fende Kupplungselemente-Abstände weit offen. Je mehr Klinken 3'auf dem Umfang des Hohlrades 1 verteilt sind, um so kleiner wird der Segmentausschnitt 5 In der Stellung der Steuerscheibe 4 nach Fig. 2 ist die Abtriebskraft auf den Rotor am geringsten bei der ein- gestellten Exzentrizität des Rotors. In der Stellung nach Fig. 1 erfolgt die schnellste An- triebsumdrehung, die auch abhängig ist von der Exzentrizität des Rotors 2 im Hohlrad 1.
Das Steuerelement 4 kann gemäß Fig. 1,2 exzentrisch zum Rotor 2 gelagert sein oder zentrisch, wie in den Figuren 3 bis 5 dargestellt. Die Kupplungselemente 3 können als Zahnstangen 8 ausgebildet sein, die über eine größere Länge mit ihrer Verzahnung in den mit einem Zahnrad 2'versehenen Rotor 2 eingreifen oder als Klinken 3', die nur mit ihrer Spitze auf den Rotor einwirken. Je mehr von diesen Kupplungselementen am Umfang des Hohlrades angeordnet sind, wozu auf Fig. 4 zu verweisen ist, desto gleichmäßiger ist der Rundlauf des Rotors.
Gemäß der Fig. 6 weist das Hohlrad 1 am Außenumfang ein Kettenzahnrad 1'auf, in das z.
B. bei einem Fahrradgetriebe die von dem Nutzer des Fahrrades an der nicht dargestellten Tretkurbel getriebene Kette eingreift. Das Kettenzahnrad 1'ist am Rahmen des Fahrrades zu lagern, was über das Speichenrad 6 erfolgt. Das ortsfeste Speichenrad 6 weist am Um- fang zumindest drei Rollen 7 auf, die das Zahnrad 1t von innen drehbar lagern und radial abstützen. Der Rotor 2, der mit der Achse des anzutreibenden Rades des Fahrrades ver- bunden ist, ist in diesem Beispiel maximal exzentrisch gelagert und durch Zahnstangen 8 in Umdrehung gesetzt, die insbesondere aus Fig. 8 hervorgehen. Die Zahnstangen 8 sind hier extrem lang und starr ausgebildet. Sie können kürzer und auch elastisch sein, um ein Ab- stehen der freien Enden der Zahnstangen 8 außerhalb des Hohlrades 1 zu vermeiden.
Die Fig. 9 und 10 offenbaren ein ähnliches Getriebe wie die Fig. 6-8 nur ist eine Möglich- keit offenbart, wie die Exzentrizität des Rotors 2 jetzt zusätzlich verändert werden kann.
Den Fahrradrahmen, die ortsfeste Lagerstelle des Getriebes stellt hier der Flansch 6'dar, an dem das Hohlrad 1 über Kugellager 9 drehbar gelagert ist. In den Flansch 6'ist exzent- risch zum Hohlrad 1 oder zur Achse des Flansches 6'eine Achswelle 10 eingebracht, die sich durch den Rotor 2 erstreckt und in einem zentrisch im Hohlrad 1 gelagerten Verstell- exzenter 11 gelagert ist. Der mit einem radial abstehenden Hebel 12 versehene Verstell- exzenter 11 trägt zentrisch den Rotor 2, an dem wie gehabt die aus Fig. 9 ersichtlichen Zahnstangen 8 teilweise anliegen und den Rotor 2 antreiben.
Bei einem Schiebergetriebe gemäß Fig, 10,11 mit angepassten Kupplungselementen 3" kann mit einem radial verstellbaren Kontaktring 411t der geometrische Ort des ersten bis letzten Eingriffspunktes variiert werden. Der verstellende Kontaktring 4"'kann mit seiner Innen-oder Außenseite zur Verstellung aktiv sein. Durch seine Verwendung kann auch hier zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses auf das Verstellen der Exzentrizität zwi- schen Antrieb und Abtrieb verzichtet werden. Man wird die maximal mögliche Exzentrizität zwischen An-und Abtrieb fest einbauen und mit dem Kontaktring die Drehzahlverstellung bewirken. Dabei ist es möglich, dass auch in den Untersetzungsbereich hinein verstellt wird.
Der Kraftfluss kann durch den Kontaktring auch ganz unterbrochen werden. Der Kontakt- ring kann auch mehrteilig und/oder oval oder kurvenförmig ausgebildet sein.
