Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem stufenlos schaltbaren Variogetriebe, vorzugsweise für den Einsatz in Muskelkraftantrieben und Leichtfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Riemengetriebe laufen schmiermittelfrei und leise, zudem sind sie wartungsarm und feuchtigkeitsunempfindlich. Sie haben daher ein breites Einsatzgebiet im allgemeinen Maschinenbau. Aus den gleichen Gründen waren sie zum Einsatz im Muskelkraftantrieb von Fahrradern oder sonstigen energieeffizienten Leichtfahrzeugen prädestiniert Von besonderem Interesse sind stets stufenlose Getriebe (Variogetriebe), da sie die Anforderungen von Fahr- und Prozeßantrieben optimal erfüllen könnten Keilriemenvariogetriebe, wie bei Kleinwagen und Motorrollern bereits vielfach eingesetzt, haben einen durch die erforderliche hohe Vorspannung und die Art der Kraftübertragung bedingten, relativ schlechten Wirkungsgrad und vernichten viel Energie (bis über 10%). Sie scheitern bei muskelkraftbetriebenen Fahrzeugen an den relativ geringen übertragbaren Drehmomenten, an ihrer schwergangigen und zeitlich trägen Schaltbarkeit und an ihrer breiten Bauform Der tiefere Grund für den schlechten Wirkungsgrad ist das dem Keilriemenantrieb zugrundeliegende Prinzip der fünktionellen Einheit von Kraftschluß zwischen Riemen und Triebscheibe und Erzeugung der Kuppelkraft durch die Keilform von Riemen und Triebscheibenquerschnitt. Das Erzeugen einer hohen Kuppelkraft wird hier zwangsläufig durch die notwendigen hohen Reibwerte behindert. Dadurch sind Riemenvorspannungen bis 50% der zu übertragenden Zugkraft nötig Dies erhöht die Reibverluste zusätzlich und zudem auch die Lagerverluste. Insbesondere im Teillastbereich, dem bei Fahrzeugen häufigsten Betriebszustand, sind die Verluste inakzeptabel hoch

Bekannt geworden ist jungst ein lastabhängig selbstspannender Keilriemenantrieb der Firma Thun, insbesondere für Fahrräder, bezeichnet als GLAD Er hat einen guten Wirkungsgrad, hohe Drehmomentleistung und automatische, stufenlose Ubersetzungsänderung Er weist allerdings einen schlechtem Rundlauf (Fünfeφolygon) und eine nicht befriedigende Schaltkapazitat auf, die ein zusatzliches Nabenschaltgetriebe erforderlich macht. Gerade aber die Verbindung von Transmission und Schaltgetriebe in einer Getriebeeinheit, wie z.B bei Kettenschaltgetrieben, ohne weiteres, nachgeschaltetes Getriebe, wäre aus Gewichts-, Kosten- und Effizienzgründen für den Einsatz in Fahrrädern und Leichtfahrzeugen ideal Ein weiterer Nachteil des oben erwähnten Getriebes ist, daß es, bedingt durch das wahrend des Umlaufs mehr oder minder stark schwankende Drehmoment, standig arbeitet und ein seltsames Tretgefühl hinterläßt

In DE-GM 18 13 816 ist ein Getriebe nach dem Oberbegriff bekannt geworden, das zur kraftschlussigen Kupplung des Triebmittels eine hohe Zahl von im Triebmittel angeordneten, durch ein um die Triebscheiben umlaufendes Schaltmittel betätigten Kuppelmittel benutzt Die aufgebrachte Kuppelkraft ist der Riemenlast proportional und der Wirkungsgrad in allen Betriebsbereichen gut Ein eklatanter Nachteil des Getriebes ist jedoch sein hoher Herstellungsaufwand Sowohl das Triebmittel, als auch die Schaltmittel bestehen aus einer hohen bis sehr hohen Anzahl von Bauteilen Entsprechend hoch durften die Kosten sein Ein weiterer Nachteil ist die große Baubreite Trieb- Schalt- und Kuppelmittel sind aus Metall und müssen durch ein Getriebegehäuse vor Oxidation und Verschmutzung geschützt werden Für einen Einsatz in Leichtfahrzeugen oder im Fahrrad ist es daher ungeeignet In DD 257 wird ein Getriebe vorgestellt, das mit den Triebscheiben umlaufende Kuppelmittel vorsieht, die, zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses, radial durch einen Keilmechanismus verstellt werden können Auch hier wird die Kuppelkraft lastproportional durch einen Keilmechanismus erzeugt Der Aufwand für die radial verfahrbaren Kuppelmittel, für das Kettentriebmittel und für die Schaltmittel, bzw Versteilvorrichtung ist ebenfalls hoch Die Schaltkraft ist, wie bei bekannten Keilriemenvariatoren, relativ hoch Die Baubreite groß In US 20 56 844 ist eine Transmission bekannt geworden, die das im Querschnitt gewölbte riemenartige Triebmittel durch seitliches Aufspreizen beim Biegen an plane Triebscheiben kuppelt Es handelt sich hier jedoch nicht um stufenlos verstellbares Getriebe, sondern um eine Vorrichtung zur Transmission bzw. Kraftumlenkung Mittel zur Verstellung des Übersetzungsverhältnisses sind nicht angegeben Die seitliche Kuppelkraft ist konstant und nicht lastabhangig.

In DE 38 20 517 Cl wird ein Getriebe gezeigt, das ein Kettentriebmittel benutzt, welches durch nicht umlaufende Schaltmittel, die Keilmechanismen betätigen, gespreizt und damit an plane Triebscheiben gekuppelt werden kann Diese Keilmechanismen sitzen im Triebmittel selbst und sind in hoher Zahl vorhanden. Die Erzeugung der Kuppelkraft ist jedoch konstant Der Aufwand für die Kuppelkraft ist hoch, der Teillastwirkungsgrad ist schlecht Auch durften Gerauschentwicklung und Verschleiß erheblich sein, da das Triebmittel permanent und mit erheblicher Kraft und mit seiner vollen Geschwindigkeit über die Schaltnasen gleitet

Der Stand der Technik bei schaltbaren Riemengetrieben ist, insbesondere was die Anwendung im Muskelkraftfahrzeug oder im energieeffizienten Leichtfahrzeug betrifft, unbefriedigend Einfache Variogetriebe haben einen schlechten Wirkungsgrad Getriebe mit gutem Wirkungsgrad haben einen sehr hohen Bauaufwand Insbesondere kennt der Stand der Technik kein Variogetriebe mit hohem Wirkungsgrad auf der Basis eines einfach aufgebauten Triebmittels. Da Transmissionen für die verschiedensten Transmissionsentfernungen benutzt werden, ist es sehr wichtig, ein kostengünstiges, riemenartiges Triebmittel verwenden zu können

Aufgabe der Erfindung ist es, ein stufenlos lastschaltbares Variogetriebe zu schaffen, das mit geringem technischen Aufwand, insbesondere für das Triebmittel, hergestellt werden kann

Gelost wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw im Nebenanspruch 35 angegebenen Merkmale

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhangigen Ansprüche

Beim erfindungsgemaßen Variogetriebe wird die Änderung des Übersetzungsverhältnisses, wie beim stufenlosen Keilriemengetriebe, durch eine Fuhrung des Triebmittels, z B eines Riemens, an den Antnebs-/ Abtriebsdoppelscheiben auf jeweils veränderlichen Durchmessern bewirkt und die Ein-/ Ausleitung der Antriebskräfte durch die seitliche Riemenflanke erreicht Ein wesentliches Grundprinzip der Erfindung ist es, die für eine kraftschlussige Leistungsubertragung innerhalb des stufenlosen Getriebes notwendige Kuppelkraft lastabhangig aufzubringen (Lastproportionalität), diese Kuppelkraft über die seitlichen Riemenflanken einzuleiten (seitliche Kupplung) und nicht durch die Riemenflanke direkt, sondern durch einen separaten, reibungsarmen und auf den Triebscheiben befindlichen Mechanismus, vorzugsweise unter Ausnutzung des Riemenzuges, erzeugen zu lassen (Funktionentrennung), bzw - in einer zweiten Losung der erfindungsgemäßen Aufgabe - durch einen dachförmig gewölbten, selbstunterstutzend kuppelnden Riemen erzeugen zu lassen Beim Aufbau der Kuppelkraft werden Gleitvorgange zwischen Riemenflanke und Kuppelmittel erfindungsgemaß weitgehend vermieden Die zum Aufbau der notwendigen Kuppelkraft in Keil-, Hebel,- oder Walzkoφermechanismen notwendigen Relativbewegungen werden auf reibungsarme Weise in die Kuppelbewegung umgesetzt

Dazu dienen in der ersten Losung des erfindungsgemaßen Getriebe nach Anspruch 1 mehrere auf den Triebscheiben sitzende Kuppelmittel, die riemenseitig eine Oberflache mit hohen Reibwerten, triebscheibenseitig jedoch auf reibungsarmen Gleitflachen oder auf Walzkoφern gelagert sind oder selbst Wälzkoφer darstellen Sie ertrecken sich vom kleinsten bis zum größten möglichen Laufdurchmesser des Riemens Die lastabhangige Kuppelkraft ist beliebig erzeugbar, z B elektrisch, hydraulisch oder mechanisch Sie wird vorzugsweise unter Ausnutzung der tangentialen und radialen Riemenkräfte durch bekannte kraftverstarkende und kraftumlenkende Mechanismen, z B Keil-, Walzköφer- oder Hebelmechanismen, möglichst reibungsarm erzeugt Damit ist die Kuppelkraft proportional zur Riemenlast und es kann, je nach eingesetzter Geometrie, im Extremfall die Haltekraft bereits eines Kuppelmittel die maximal zulassige

Riemenzugkraft übersteigen Es sind also sehr hohe Ubertragungskrafte ohne Vorspannung und selbst bei geringen Umschlingungswinkeln möglich, wobei aber, zur Erreichung eines guten Leistungsgewichts, die Kräfte auf möglichst viele Kuppelmittel gleichzeitig verteilt werden sollten

Die zur Erzeugung der Kuppelkraft notwendigen Verfahrwege der Kuppelmittel sind sehr gering und betragen typischerweise 1-3 mm Entsprechend gering sind die damit verbundenen Reibverluste Über die Geometrie der Keil-, Hebel- oder Walzkörpermechanismen laßt sich das Verhältnis von Kuppelkraft zu Riemenzugkraft einstellen

Dabei ist es das Ziel, den Riemen bei allen Betriebsbedingungen sicher zu kuppeln, aber gleichzeitig die Kuppelkraft auf einem möglichst geringen Niveau zu begrenzen, um die Belastungen der Getriebeteile und die Energieverluste möglichst gering zu halten Zu hohe Kraftubersetzungsverhältnisse wurden den Riemen unweigerlich zerstören und die Triebscheibe unnötig schwer machen.

Eine technisch besonders einfache erfindungsgemäße Losung sieht vor, die Kuppelmittel als mehr oder minder radial angeordnete Kuppelleisten auszuführen und diese auf relativ zur Triebscheibenachse tangential und radial schrägen Gleitflächen - im Folgenden Schrägflächen genannt - auf den Triebscheiben zu lagern Über die Schragflächen erfolgt die Kraftübertragung zwischen Kuppelmittel und Triebscheibe überwiegend formschlüssig Die Ausrichtung der Schrägflachen und deren Steigung ist auf den Riemen und die Reibwerte zwischen Riemen und Kuppelmittel sowie zwischen Kuppelmittel und Gleitflache auf der Triebscheibe abgestimmt. Der Winkel zwischen der Schnittlinie von Schragfläche und Triebscheibenebene einerseits und dem Radiusstrahl andererseits wird hier als Freigang¬ winkel (C bezeichnet und betragt in der Regel zwischen 20° und 60° Je großer der radiale Steigungswinkel relativ zum tangentialen Steigungswinkel ist- gemessen zur Triebscheibenebene- desto mehr wird der radiale Riemenzug zum Aufbau der Kuppelkraft benutzt und umgekehrt. Je kleiner beide sind, desto hoher wird das Verhältnis von Kuppelkraft zu Riemenkraft, desto sicherer wird der Riemen gekupppelt, aber desto hoher ist auch der Riemenstreß durch seitliche Verformung

Der Kuppelvorgang geschieht folgendermaßen nach der ersten Berührung des Riemens mit der Kuppelleistenoberflache nimmt der Riemen die Kuppelleiste, bedingt durch die hohe Haftreibung zwischen Riemenflanke und Kuppelleiste einerseits und die geringe Reibung zwischen Kuppelmittel und Schragfache auf der Triebscheibe andererseits, entlang seines Einlegeweges mit Dabei gleitet sie an der Schragfläche auf, tritt zunehmend aus der Riemenscheibenebene heraus und kuppelt den Riemen lastproportional über die Riemenflanke Das Auskuppeln erfolgt gegensinnig. Der Riemen verschiebt die Kuppelleiste entlang seines Auslaufweges solange auf ein tieferes Niveau, bis er freigegeben wird

Durch eine doppelte, in jeder Lastπchtung wirkende Anordnung der Spreizelemente ist Tπeb- und Bremsbetπeb, Vorwärts- und Ruckwartsbetπeb möglich, sofern für jede Drehrichtung und jede Triebscheibe wenigstens eine Schalt- oder Positioniervorπchtung vorgesehen wird Das Prinzip eines solchen Getriebes mit lastproportionaler, reibungsarmer Erzeugung der Kuppelkraft ist erfindungsgemaß auf alle kraftschlussigen Riemengetriebe mit seitlicher Einbringung der Kuppelkraft übertragbar

Bei Keilnemengetrieben, insbesondere Keilπemenvariatoren, kann damit eine deutliche Steigerung des Wirkungsgrades und der Drehmomentleistung erreicht werden

Erfindungsgemaß wird vorgeschlagen, die Kuppelmittel, vorzugsweise in höherer Zahl und regelmäßig verteilt, auf den Kegelflachen der Triebscheiben anzubringen Die Kuppelmittel stehen dabei soweit über die Kegelflache, daß der Riemen auf diesen zu liegen kommt Wegen der Kegelform wird der Laufkreisdurchmesser durch den Kegelscheibenabstand vorgegeben Die Schragflachenebene schneidet die Kegelflache unter einem Winkel von vorzugsweise 10-30° Die dabei entstehende Schnittlinie ist vorzugsweise parallel zur Kegelachse, bzw dem Radiusstrahl So wird der tangentiale, durch die Kegelsteigung aber auch der radiale Riemenzug zur Erzeugung der Anpreßkraft herangezogen Die Kupplung erfolgt, indem der gerade auf ein Kuppelmittel aufgelegte Breitkeilriemen durch die Wirkung des Riemenzuges das Kuppelmittel ein kleines Stuck mitnimmt und dieses unter Erzeugung einer lastabhangigen Anpreßkraft aufgleitet

Der Verfahrweg der Kuppelmittel betragt bei üblichen Riemendimensionen lediglich ca 1 mm, da der Riemen durch die Keilform ohnehin auf den Kuppelmitteln zu hegen kommt, sodaß nur eine gewisse Riemenkompression erreicht werden muß und der Zustellweg entfallt Als Kuppelmittel kommen auf Schragflachen gelagerte und verschiebliche Kuppelleisten oder sich in Umfangsrichtung abwalzende oder kippende Kuppelstabe mit rundem ovalem oder polygonalem Querschnitt in Frage Letztere können sowohl durch die Form der Radialnut, in der sie sich abwälzen, als auch durch ihre Eigenform mit ihrer riemenzugewandten Oberflache beim Abwälzen oder Kippen noch weiter aus der Kegeloberflache erheben und den aufliegenden Riemen an seinen seitlichen Flanken lastabhangig kuppeln

Ruckstellfedern bringen die Kuppelmittel nach dem Abheben des Riemens wieder in Ihre Ausgangsstellung, das ist die Position mit dem geringsten Überstand über die Kegelflache, zurück Damit ist stets der gleiche Verfahrweg und ein guter Rundlauf sichergestellt Bei Kuppelleisten aus Kunststoff können angegossene Kunststoffstege 31 oder federnde Halteelemente 50 diese Funktion übernehmen Diese Kunststoffstege können die einzelnen Kuppelleisten zu einem einzigen Teil, dem Kuppelleistenstern verbinden, was montagetechnische Vorteile bringt Die Kuppelflachen der Kuppelmittel müssen nicht rechteckig sein, sondern können z B auch trapezförmig gestaltet sein

Die Kuppelmittel können auch durch eine entgegengesetzt gerichtete Aufgleit- oder Aufroll oder Aufkippbahn in der anderen Kraftrichtung wirken, sodaß ein Betrieb in jeder Kraft- und in jeder Drehrichtung möglich ist

Es sinnvoll, an den Kuppelmitteln Materialien mit möglichst hohen Reibwerten auf der Riemenseite und möglichst niedrigen Reibwerten auf der Tπebscheibenseite zu verwenden

Der Einsatz solcher seitlich angreifender, selbstunterstutzender und reibungsarmer Kuppelmittel bei Keilriemengetrieben bringt folgende Vorteile

1 Durch die lastabhangige Kuppelkraft wird ein guter Wirkungsgrad, insbesondere auch Teillastwirkungsgrad und eine hohe Drehmomentleistung erreicht Eine Riemenvorspannung ist zu diesem Zweck nicht erforderlich

2 Die Reibungsverluste werden durch mehrere Effekte stark verringert

- durch die höhere Drehmomentleistung kann bei gleicher Getnebeleistung die Drehzahl stark verringert werden, was zu weniger Walkverlustleistung führt

- durch die geringen Reibwerte der Kuppelmittel auf den Kegelscheiben werden die Gleitreibverluste des Riemens stark reduziert

- durch die minimale Vorspannung werden die Lager entlastet und es entstehen deutüch geringere Lagerverluste

3 Häufig ist die durch Reibung hervorgerufene thermische Belastung der begrenzende Faktor beim Leistungsdurchsatz von Riemengetrieben, sodaß mit der vorliegenden Erfindung durch die sehr viel geringeren Reibverluste die mechanische Leistungsfähigkeit des Riemens weit besser ausgeschöpft werden kann

4 Es kann wegen der hohen Kuppelkraft der Kuppelmittel mit kleineren Umschlingungswinkeln gefahren werden, was größere Übersetzungen in einer Stufe ermöglicht

Insgesamt ergeben sich damit wesentliche Verbesserungen im Bereich der Keilriemengetriebe

Eine weitere, insbesondere für Muskelkraftantriebe sehr vorteilhafte Variante des erfindungsgemaßen Getriebes sieht die Verwendung eines Riemens vor, dessen Flanken parallel zueinander angeordnet sind

Die bekannte Keilform des Triebmittels, z B eines Riemens, wird erfindungsgemaß durch eine eher rechteckige Form, genauer eine Form mit parallelen Flanken, ersetzt Entsprechend werden die bei anderen Getrieben verwendeten Kegeldoppelscheiben, bzw V-Nutscheiben, erfindungsgemaß durch Plandoppelscheiben ersetzt, deren einander zugewandte Innenflachen in etwa parallel sind Der Laufradius des Riemens wird nicht durch ein kompliziertes und kraftaufwendiges Verandern des Scheibenabstandes herbeigeführt - was bei planen Scheiben ja sinnlos wäre-, sondern durch die Steuerung der seitlichen Einkupplung des Triebmittels zwischen

den Scheiben Die Position des Einkupplungspunktes (E) bestimmt dabei den Laufradius Dazu sind die Kuppelmittel durch Schaltmittel an einem definierten Punkt schaltbar Zum Kuppeln des Triebmittels mit den Planscheiben sind Kuppelmittel vorgesehen, die entweder an den Planscheiben - nach Anspruch 1 - oder - nach Nebenanspruch 35 - am, vorzugsweise im Triebmittel selbst liegen Sie sind zur Erreichung der lastabhangigen Kraftübertragung unter Last selbstunterstutzend bzw selbsthemmend ausgeführt und kuppeln am Auslaufpunkt, vorzugsweise selbsttätig, ab

Dementsprechend kann erfindungsgemaß, je nach Ausführungsform, ein scheibengekuppeltes (Anspruch 1 ) bzw ein riemengekuppeltes (Anspruch 2) Getriebe unterschieden werden Im folgenden wird analog zum Begriff Triebmittel auch der Begriff "Riemen" verwendet In beiden Ausführungsformen reagieren die Kuppelmittel oder der Riemen selbst, nach dem Einschalten durch Schaltelemente (z.B Kurvenscheiben, Steuerrollen), auf Relativbewegungen beim Einlege- bzw Auslaufvorgang zwischen dem Riemen und ihren/seinen Abstutzungspunkten auf den Triebscheiben und setzen die tangentialen und/oder radialen Riemenbewegungen und Riemenkräfte in axiale Spreizbewegungen und damit in seitüche Druckkräfte auf die Riemenflanken um. Für einen guten Rundlauf sind die Kuppelmittel vorzugsweise in höherer Zahl vorhanden (z.B 10 Stück pro Triebscheibe oder 100 Stück pro Meter am Riemen). Die Erzeugung der Kuppelkraft geschieht entweder durch eine Lagerung der Kuppelmittel auf Spreizelementen, wie z.B. auf Schrägflächen, an Schräghebeln oder auf Wälzkoφern oder - beim Kuppelriemen - durch eine flache und zwischen den Triebscheiben unter Last selbsthemmend spreizende Dachform des Riemenquerschnitts (Kniehebelprinzip) Zur Vermeidung einer Überlastung der Getriebeteile ist das Kraftubersetzungsverhaltnis all dieser Mechanismen geometrisch begrenzt.

Beim scheibengekuppelten Getriebe ist die Verfahrrichtung der Kuppelmittel zur Vermeidung von Reibverlusten auf die Einlaufbewegung des Riemens abgestimmt, die bei den hier benotigten kurzen Verfahrwegen von wenigen Millimetern in etwa dem Winkelwert - zum Radiusstrahl gemessen - von I80 Anzahl der Kuppungselemente pro Triebscheibe entspricht Entlang dieses Verfahrweges gleiten die Kuppelmittel mittels ihrer Schragflachen an zugeordneten Schragflachen der Triebscheibe auf oder werden durch Schraghebel oder Walzkoφer (Spreizelemente) axial in Richtung Riemenflanke angehoben, was zu einer der Riemenzugkraft proportionalen seitlichen Anpreßkraft auf die Flanken führt Dabei übertragen die Spreizelemente meist auch die Zugkraft vom Riemen auf die Triebscheiben und umgekehrt Das Übersetzungsverhältnis von Zugkraft zu Anpreßkraft ist durch entsprechende Geometrien bzw Steigungswinkel der Spreizelemente in weitem Rahmen auf die Erfordernisse einstellbar und begrenzbar In der Regel liegt das Steigungsverhaltnis zwischen 1 2 und 1 6 Ebenso ist durch

die Ausrichtung der Schragflachen (Freigangwinkel (X ) der vom jeweiligen Kuppelmittel an der Gesamtlast übernommene Lastanteil einstellbar und auf die jeweilige Anzahl von gleichzeitig im Eingriff befindlichen Kuppelmittel optimierbar Dabei kann eine leichte Vorspannung des Leertrums des Treibriemens 1 hilfreich sein, um eine gleichmaßigere Lastverteilung zu erreichen Eine zum Radiusstrahl gespiegelte Anordnung zusätzlicher Spreizelemente ermöglicht den universellen Vierquadrantenbetrieb (z B Rückwärtstreten)

Bei der Konstruktion der Spreizelemente ist zu berücksichtigen, daß die Bewegungsbahn des Riemens 1 gegenüber der Triebscheibe am Einlaufpunkt (Einlaufwinkel / j ) zu der Bahn am Auslaufpunkt (Auslaufwinkel Y ) relativ zum Radiusstrahl gespiegelt ist, die Spreizelemente in ihrer Bewegung also einen zweiten Freiheitsgrad benötigen. Dabei muß der Freigangwinkel (Dt) wenigstens etwas größer als der Einlauf- (ß), bzw der Auslaufwinkel ) sein, die sich beide aus der Formel 360/2n errechnen, wobei n die Anzahl der Kuppelmittel pro Triebscheibe ist Dies ist durch Gleitflächen besonders leicht zu erfüllen, welche bei guter Gleitpaarung einen hohen Wirkungsgrad erreichen.

Der Steigungswinkel der Schrägflächen gegenüber dieser Scheibenebene ist auf den Reibwert der Materialpaarung Riemen/Kuppelleiste und auf den Reibwert zwischen Kuppelleiste und Triebdoppelscheibe abgestimmt Der Steigungswinkel sollte umso kleiner sein, je kleiner der Quotient aus Reibwert der Kuppelmittel zum Riemen und Reibwert der Kuppelmittels zur Triebscheibe ist. Er beträgt zur Triebdoppelscheibenebene vorzugsweise zwischen 10 und 30°

Die Kuppelleisten sind vorzugsweise in ihrer Ruhestellung in die Triebscheiben leicht unter Scheibenniveau eingebettet, so daß Sie den Riemen in der Ruhestellung nicht berühren und nicht vorzeitig einkuppeln können. Sie werden am gewünschten Einschaltpunkt des Riemens an der Doppelscheibe durch eine mechanische, elektromagnetische, pneumatische oder hydraulische Schaltvorrichtung eingekuppelt und am Auslaufpunkt A durch eine Schaltvorrichtung oder selbsttätig ausgekuppelt. Die Lage des Einkuppelpunktes E gegenüber dem Gleichlaufpunkt G (Fig.1) bestimmt, ob der Riemen auf einen größeren -Einschaltpunkt E ist entgegen der Laufrichtung gegenüber dem Gleichlaufpunkt G verschoben-, bzw einen kleineren - Einschaltpunkt G ist in Laufrichtung verschoben- Durchmesser läuft, womit sich eine stufenlose Variation der Laufradien ergibt. Der Gleichlaufpunkt ergibt sich geometrisch als Eckpunkt des gleichschenkligen Dreiecks K-M-G, wobei M der Laufkreismittelpunkt, K der Kuppelpunkt der voranlaufenden Kuppelleiste und G der Einschaltpunkt für gleichen Laufdurchmesser sind.

Da sich bei Veränderung des Laufradius eine Veränderung der Riemenneigung ergibt, stellt sich eine, den momentan eingestellten Laufradius stabilisierende, selbsttätige Verschiebung des Gleichlaufpunktes G ein Dieser Effekt ist bei sehr langen Riemen und kleinen Antriebsscheiben

2 schwach und muß ggf durch eine oder zwei Hilfsrollen in der Nahe der Antriebsdoppelscheibe 2 verstärkt werden Damit entspricht jedem Laufkreisdurchmesser auch ein bestimmter anderer Gleichlaufpunkt G, womit das Übersetzungsverhältnis durch eine Verschiebung der Einschaltpunkte E über die Verschiebung des Schaltpunktes S, dargestellt durch die Verschiebung von S in Fig 1, kontrollierbar und regelbar ist

Wichtig ist, daß die Veränderung der Einschaltpunkte E an An- und Abtrieb gleichzeitig und gegensinnig erfolgt, so daß der Riemen im Leertrum nicht schlapp lauft oder unter unzulässige Vorspannung gerat Ebenso muß der Auslaufpunkt A der Kuppelmittel zum rechten Punkt erfolgen Als Regelgroße des Ein-/ Ausschaltens dienen z B die Riemenspannung und -neigung oder die Radialbewegung bzw Radialposition des Riemens am Einlaufpunkt E oder Auslaufpunkt A, sowie die Schaltpositionen der übrigen Schaltvorrichtungen, die entsprechend erfaßt und regeltechnisch (mechanisch oder elektronisch) umgesetzt werden müssen

Beim voll schaltbaren Vier-Quadrantenbetrieb sind vier gesteuerte Einschaltvorrichtungen vorzusehen Möglich sind aber auch fixe Schaltpunkte für den Ruckwartsbetrieb Je nach Ausgestaltung, z B der Verwendung von Einschaltfedern oder Ausschaltfedern oder einer, bzw zwei Schaltvorrichtungen pro Triebdoppelscheibe lassen sich verschiedene Anforderungen erfüllen a) Einquadrantenbetrieb mit Ruckwartsfreilauf (in nur eine Richtung wirkende Kupplungen) b) Zweiquadrantenbetrieb mit Rucktritt, bzw Ruckwartstreten (doppelt wirkende Kuppelmittel und Spreizelemente, zwei weitere, fixe Schaltvorrichtungen) c) Vierquadrantenbetrieb ( doppelt wirkende Kuppelmittel und Spreizelemente, insgesamt vier verstellbare Schaltvorrichtungen) d) Einschalten des Bergganges nach kurzzeitigem Ruckwartstreten (Ausschaltfedern)

Bei d) kuppeln beim kurzzeitigen Ruckwartstreten alle Kuppelleisten frei und der Riemen fallt antriebsseitig auf einen kleinen Einlaufdurchmesser Damit ist ein brauchbarer Anfahrgang auch im Stillstand einschaltbar Auf den Riemen wirkende Bugelfedern (nicht gezeigt) können diesen Vorgang unterstutzen

Rucktrittbremsen nach b) (ebenso Rückwärtsfahren) ist möglich, wenn die Klemmleisten in der Nahe des Einlaufpunktes E beim kurzen Ruckwartstritt durch die Kurvenscheibe ebenfalls eingeschalten werden, vorzugsweise, am Antrieb in Ruckwartslaufrichtung gesehen deutlich nach dem Gleichlaufpunkt G, beim Abtrieb deutlich vor diesem, womit sich ein eher kraftgunstiges Hebelverhaltnis einstellt (Berggang) Statt auskuppelnder Federn, sind auch

einkuppelnde möglich und vorteilhaft, wobei die Kurvenscheibe entsprechend entgegengesetzt wirken muß und vorzugsweise innen in Achsnahe plaziert ist (Fig 4,5)

Durch Begrenzung des Bewegungsweges der Kuppelmittel, z B über Anschlage, oder durch eine Begrenzung der Vorspannung des Leertrums in Verbund mit einem entsprechend großen Freigangwinkel (CX) kann eine Begrenzung der maximal übertragbaren Kraft erreicht werden, was eine Selbstzerstorung des Getriebes bei Fehlfünktion der Steuerung verhindert und andere Antriebsteile schont

Die erreichbare Schaltkapazitat ist lediglich abhangig vom zur Verfügung stehenden Raum für die Triebscheiben und kann, bei den im Fahrrad gegebenen Verhaltnissen ohne weiteres 400% übertreffen Das Übersetzungsverhältnis ist unabhängig von der auftretenden Last steuerbar Pulsierende, stark schwankende Drehmomente (wie beim Pedalantrieb) haben keinen automatischen Einfluß auf das Übersetzungsverhältnis Die Kuppelmittel können grundsatzlich von beliebigen Schaltvorrichtungen betätigt werden, z B auch elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch Mechanische Schaltvorrichtungen sind jedoch besonders einfach und bei Muskelkraftantrieben vorzuziehen.

Die mechanische Schaltung des Einkuppelpunktes (und damit der Übersetzung) übernehmen durch einen Schaltzug oder einen Schaltservomotor verstellbare Kurvenscheiben,

Kurvensegmente oder Steuerrollen

Durch eine Kopplung der Schaltvorrichtungen untereinander bzw durch eine Kontrolle der

Riemenspannung oder der Riemenlänge des Leertrums mit entsprechender Rückwirkung auf die

Steuerelemente wird sichergestellt, daß der Riemen nicht schlapp lauft oder unter unzulässige

Vorspannung gerat

In der Regel ist eine vollständige Ubersetzungsanderung innerhalb nur ein bis zwei

Umdrehungen realisierbar, womit sogar die Schaltgeschwindigkeit von Kettenschaltungen ubertroffen wird

Samtliche Elemente sind vor Wasser und Schmutz geschützt oder durch entsprechende

Materialwahl gegen diese Medien unempfindlich

In der Ausführungsform als riemengekuppeltes Getriebe werden die Kuppelelemente an, vorzugsweise in den Riemen verlegt Die Plandoppelscheiben besitzen in dieser Ausführungsform keine Kuppelmittel wie im vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben Durch Schaltmittel wird eine den Riemen spreizende Kraft auf den dachförmigen Riemen ausgeübt, so daß eine Spreizung des Riemens und ein Kuppeln an die Doppelscheiben erfolgt

Der Riemen kann als textilverstarkter Gummiriemen oder als Stahlband ausgeführt sein. In der Mitte des Riemens ist die Zugkraftubertragung vorgesehen. Der Riemen ist in seiner Langsmitte um einige Winkelgrade flexbar Die seitlichen Bereiche des Riemens wirken dadurch als die Schenkel eines Kniehebelgelenkes, das sich im gekuppelten Zustand unter der radialen Riemenlast noch weiter aufspreizt und dadurch die Riemenflanken gegen die Triebscheiben preßt Die als Hebelschenkel wirkenden Riemenbereiche sind drucksteif ausgeführt und stützen sich über die gelenkartige Riemenmitte aufeinander ab. Riemenbreite und Triebscheibenabstand (=Ringnutbreite) sind so bemessen, daß ein vollständiges Durchdrucken des Kniehebelgelenkes vermieden wird Die Dachform des Riemens bleibt also bis zu einem gewissen Grade stets erhalten Für einen industriellen Einsatz oder in Kraftfahrzeugen ist eine Wirkung bei jeder Kraft- und Drehrichtung notwendig (Motorbremse/Rückwart sfahren). Das Einschalten erfolgt über Schaltvorrichtungen, die mechanisch, elektromagnetisch, hydraulisch, pneumatisch oder über ein anderes Verfahren wirken. Die Einschaltvorrichtungen beider Triebdoppelscheiben müssen untereinander exakt steuertechnisch gekoppelt sein, damit der Riemen im Leertrum nicht schlapp lauft oder unter unzulässig hohe Spannung gerat. Dazu müssen die Laufradien in Abhängigkeit von der Position des Einschaltpunktes wiederholgenau ermittelt und bei der Kopplung der Schaltvorrichtungen berücksichtigt werden. Es ist alternativ dazu möglich, die Riemenspannung permanent zu messen und als Regelgröße zu benutzen.

Zur Erreichung einer kompakten Bauweise mit hoher Ubertragungsleistung können mehrere Riemen parallel angeordnet laufen, wobei sich die Doppelscheiben teilweise gegenseitig abstützen können. Bei höheren Drehzahlen ist eine größere Anzahl von Kuppelmitteln zur Vermeidung von Polygonschwingungen sinnvoll Bei schnellaufenden Motoren kann die hohe Drehzahl antriebsseitig dazu benutzt werden, die Kuppelmittel durch Fliehkräfte zu betätigen, womit gleichzeitig eine Fliehkraftkupplung integriert ist

Vorteile der Erfindung gegenüber bekannten Variogetrieben.

- geringer Herstellungsaufwand durch geringe Anzahl verschiedener Bauteile, die zudem preiswert sind

- lastschaltbar aufgrund permanentem Eingriff mehrerer Kuppelmittel

- praktisch schlupffrei durch selbsthemmenden Mechanismus mit kurzen Kuppelwegen

- hoher Wirkungsgrad durch lastabhängige Kuppelkräfte und reduzierte Reibung

- extreme Schaltkapazität durch entsprechend groß gestaltbare Laufkreisunterschiede möglich

- minimale Schaltkraft durch selbsttätige Kuppelmittel

- bei geringen bis mittleren Drehzahlen leise laufend durch geringe Verfahrwege der Kuppelmittel

- relativ schmal bauend durch Einsatz von Planscheiben mit konstantem, geringem gegenseitigen Abstand

- guter Rundauf bei höherer Anzahl von Kuppelmitteln

- hohe Schaltgeschwindigkeit durch rasche Verschiebung der Einkuppelpunkte

- relativ geringes Gewicht durch Gummiriemen, insbesondere bei großer Transmissionslänge

- weitgehend wartungsfrei und geringer Verschleiß bei geringen Gleitwegen

- einmal eingestellt, keine weitere Justierarbeit notwendig aufgrund des Fehlens von Schaltstufen

- funktionssicher durch simple Kinematik

- es ist bei einer entsprechenden Riemenlange unempfindlich auf eine Verdrehung der Triebachsen um die Längsachse des Getriebes, womit es bei Liegerädern auch zum Frontantrieb benutzt werden kann

- geeignet für Ein- bis Vier-Quadrantenbetrieb, je nach Anzahl und Ausrichtung der Spreizelemente und je nach Anzahl der Schaltmittel

- für Maschinen und Fahrzeugantriebe geeignet, wegen kontrolliert einstellbarer Übersetzung- stufenlose Verstellung des Übersetzungsverhältnisses durch steuerbare Verlagerung des Kupplungspunktes

- es ist, als Vierquadrantgetriebe mehrfach in einem Fahrzeug eingebaut und von einem zentralen Fahrzeugrechner gesteuert, sowohl als Differentialersatz, als auch als Antischlupfregelung einsetzbar.

Das erfindungsgemäße Variogetriebe besitzt somit gegenüber dem Stand der Technik eine ganze Reihe wesentlicher Vorzüge und ist insbesondere für den Ein-Quadrantenbetrieb (eine Laufrichtung, eine Kraftrichtung) eines Fahrradantriebes ideal, weil technisch einfach realisierbar, geeignet

Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehrere Ausführungswege und

Funktionsprinzipien darstellenden Zeichnungen näher erläutert Hierbei gehen aus den

Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der

Erfindung hervor.

Es zeigen

Fig.1 Darstellung des Schaltprinzips und der Laufkreisstabilisierung

Fig.2 Darstellung des Grundprinzips der Über Setzungsänderung von Riemenvariogetrieben

(Einheit von Schaltung und Transmission); Fig 3 Schnittbild der Grundkorper eines scheibengekuppelten Getriebes mit

Triebdoppelscheiben und Planriemen, Fig 4 Ansicht mit Teilschnitt der Antriebsdoppelscheibe mit Kuppelleisten und

Kurvenscheibe;

Fig.5 Ansicht und Teilschnitt der Abtriebsdoppelscheibe mit Kuppelleisten,

Kurvenscheibe, Tastrolle und Planriemen, Fig.6 Darstellung des Ein- und Auslaufwinkels des Riemens am Kuppelleistenpolygon; Fig.7 Schnittbild der Grundkorper eines riemengekuppelten Getriebes mit

Gummitextilriemen; Fig.8 Schnittbild der Grundkörper eines riemengekuppelten Getriebes mit Stahlband; Fig.9 Darstellung eines riemengekuppelten Getriebes mit Stahlband und Schaltrollen; Fig.10 Schnittbild eines dachförmigen Kuppelriemens; Fig.1 1 Teilausschnitt eines durch Spreizköφer verstärkten Kuppelriemens; Fig.12 Seitenansicht eines gewellten Stahlbandes, Fig.13 Querschnitt eines gewellten Stahlbandes

Fig.14 Ansicht einer kegelförmigen Triebdoppelscheibe in radialer Richtung Fig.15 Ansicht einer kegelförmigen Triebscheibe in achsialer Richtung Fig.16 Teilquerschnitt einer Triebscheibe mit Kuppelleisten Fig.17 Teilquerschnitt einer Triebscheibe mit Kuppelstäben Fig.18 Teilansicht eines Kuppelleistensterns Fig.19 Queransicht einer Kuppelleiste mit federnder Blechplatte und leicht aufliegendem

Riemen Fig.20 Queransicht einer Kuppelleiste mit federnder Blechplatte und voll gekuppeltem Riemen Fig.21 Queransicht einer Kuppelleiste mit Federleisten und leicht aufliegendem Riemen Fig.22 Queransicht einer Kuppelleiste mit Federleisten und voll gekuppeltem Riemen Fig.23 Queransicht einer Kuppelleiste mit Stahlfederbügeln und leicht aufliegendem Riemen Fig.24 Queransicht einer Kuppelleiste mit BürstenFederleisten und leicht afliegendem Riemen Fig 25 Darstellung der vier Funktionsphasen einer Abtriebscheibe mit Positionierelementen Fig.26 Darstellung des Zusammenspiels von Tasrolle und Stellring Fig27 Teilquerschnitt durch eine Triebscheibe aus umgeformtem Blech Fig.28 Teilquerschnitt durch eine Triebdoppelscheibe mit Überlastschutz und Schmutzabweiser Fig.29 Teilquerschnitt durch eine Triebscheibe mit Bürsten als Positionierelement Fig.30 Teilquerschnitt durch eine Triebscheibe mit Stahlfederbügeln als Positionierelement Fig.31 Teilquerschnitt durch eine Triebdoppelscheibe mit stufenförmig angeordneten schrägen

Gleitflächen Fig.32 Drauf- und Seitenansicht einer Kuppelleiste mit stufenförmig angeordneten schrägen

Gleitflächen

In den Fig. 14 bis 17 wird das Ausführungsbeispiel eines scheibengekuppelten Keilriemenvariogetriebes dargestellt. Auf den kegelförmigen Triebscheiben 5 sind jeweils acht radial angeordnete Kuppelleisten 15 angeordnet. Sie sitzen in flachen V-förmigen Nuten, die die

Funktion der Schragflachen haben Der Abstand der Triebscheiben ist zur Steuerung des Laufdurchmessers nach bekannten Systemen variabel Die Kuppelleisten 15 bestehen aus Kunststoff und haben eine Oberflache mit hohem Reibwert zum Gummiriemen Auf der Triebscheibenseite besitzen sie einen sehr geringen Reibwert zu den Schragflachen 6 Es wird ein handelsübücher, gezahnter Breitkeilriemen 48 verwendet Durch seine Relativbewegung zur Triebscheibe nimmt er die Kuppelleisten etwas in tangentialer und radialer Richtung mit, was diese zum Aufgleiten auf die Schragflachen und damit zum seitlichen Kuppeln des Riemens zwingt Die Kuppelleisten werden durch angegossene federnde Halteelemente 50, die in Befestigungsöffhungen einschnappen, gehalten und stets wieder in ihre Ruheposition gezogen Durch die V-förmige Anordnung der Schrägflachen ist ein Betrieb in jeder Last- und Drehrichtung möglich. Statt Kuppelleisten 15 können auch Wälzkoφer, wie z.B Kuppelstäbe 52 verwendet werden, die in Radialnuten 53 sitzen Der Nutengrund ist ebenfalls V-förmig, sodaß die Kuppelstäbe beim Versatz zunehmend aus der Triebscheibenflache treten und den Riemen koppeln Sie werden durch Rückholfedern - nicht dargestellt - in ihre Ruheposition gezogen. Die Kuppelstäbe können um ein kurzes Stück radial in den Nuten gleiten, um auch den radialen Riemenzug umsetzen zu können

In den Fig. 3 bis 6 wird eine zweite Variante des scheibengkuppelten Getriebes mit planen Scheiben und parallelen Riemenflanken beschrieben. Hier läuft ein im wesentlichen rechteckiger, in seiner Lange auf den Tretlager-Radlagerabstand bemessener Riemen 1 jeweils im Spalt zwischen den Hälften bzw. Triebscheiben 5 der Antriebs- 2 bzw. Abtriebsdoppelscheiben 3. Dieser Spalt, also der Abstand der Scheiben zueinander, ist etwas größer, als die Riemenbreite, so daß der Riemen 1 nicht mit den Scheiben in direkte Berührung kommt. Die Kuppelmittel 4 sind als Kuppelleisten 15 ausgeführt und sitzen vorzugsweise paarweise gegenüber an den Innenseiten der 5. Der Riemen 1 besitzt zueinander wenigstens annähernd parallele Riemenflanken und ist einfachheitshalber in seinem Querschnitt rechteckig/quadratisch und seitlich sehr drucksteif, in Biegerichtung aber weich, was durch entsprechend tiefe Biegekerben, wie bei Keilriemen, erreicht werden kann. Die Kuppelkraft wird durch eine ganze Anzahl (im Beispiel 12 bzw. 8 Paare pro Doppelscheibe) schaltbarer, seitlich in axialer Richtung wirkender, selbstunterstutzender bzw selbsthemmender Kuppelleisten 15 erzeugt, die auf, zur Riemenflanke 27 hin in ihrer Grobform planen, Antriebs-/ Abtriebsdoppelscheiben (2;3) sitzen, welche den Riemen 1 selbst nicht berühren. Das Schalten dieser Kuppelleisten 15 erfolgt durch Schaltvorrichtungen , vorzugsweise mechanisch über Kurvenscheiben, Kurvenscheiben-segmente 8 oder Steuerrollen

Das Einschalten erfolgt vorzugsweise mechanisch und durch eine axial oder radial wirkende Kurvenscheibe 8 bzw. ein Kurvenscheibensegment, gegen die die Steuerstifte 9 der

Kuppelleisten 15 oder gesonderte Zwischenhebel oder Steuerstoßel anlaufen Diese Kurvenscheibe wird antriebsseitig direkt vom Schaltzug 18 bzw Schaltservo betätigt (= aktive Steuerung), abtriebsseitig vorzugsweise über eine Tastrolle 10 (Fig 5), die Änderungen der Leertrumlange in entsprechende Verschiebungen des Einschaltzeitpunktes durch Verstellen der Kurvenscheibe 8, z B über ein Hebelgetriebe 16,19,21,22 umsetzt (= reaktiver Regler) Die federbelastete Tastrolle 10 kann den Riemen 1 nach außen oder nach innen drücken. Bei nach außen druckender Tastrolle 10 muß der Steuerarm 19 beim Nachaußenschwenken (=Verlangerung des Leertrums) eine Verschiebung der Kurvenscheibe 8 bzw. des Kurvenscheibensegmentes entgegen der Laufrichtung bewirken, bei nach innen drückender Tastrolle 10 beim Nachaußenschwenken eine Verschiebung in Laufrichtung bewirken Das jeweilige Übersetzungsverhältnis sollte auf den Einzelfall hin optimiert werden, um einerseits Regelschwingungen zu vermeiden und andererseits eine doch entsprechend rasche Nachregelung zu erlauben

Die Triebscheiben sind z.B. aus hochfestem Leichtmetall-Feinguß hergestellt und besitzen riemenseitig eine Anzahl radial verlaufende Ausnehmungen für die Aufnahme und Lagerung der Kuppelleisten 15 Diese sind auf vier Schrägflächen 6 -je zwei außen, zwei innen - gelagert und weisen den Schrägflächen 6 zugeordnete Schrägflachen 6' auf und werden von einer ringförmigen Drahtfeder 17 in die kuppelnde Schaltposition gezogen. Die Schrägflachen 6 besitzen sowohl radial wie auch tangential gemessen einen Steigungswinkel zur Triebscheibenebene von z.B. 20°. Die Kuppelleisten 15 besitzen achsseitig Steuerstifte 9 die im Einlaufbereich über einen Abschnitt von ca. 45° Bogenwinkel auf der Kurvenscheibe 8 entlanggleiten und um ca. 3 mm radial angehoben und am Einschaltpunkt relativ rasch wieder abgesenkt werden, wobei der Riemen 1 über einen axialen Hohenversatz von ca 0,5-1 mm sofort gekuppelt wird

Die Kurvenscheibe 8 besteht aus Kunststoff und dreht selbst nicht mit Sie ist aber um den Antriebsachsenmittelpunkt verstellbar und an der rahmenseitigen Antriebsscheibe koaxial drehbar gelagert Die Kurvenscheibe 8 besitzt gegenüber der Triebscheibe 5 allerdings ein radiales Spiel von 3 mm und wird von einer Welldrahtfeder zur Überlastsicherung zentriert

Vor dem Einschaltpunkt befinden sich die Kuppelleisten 15 für das Einführen des Riemens 1 bis zum aktuellen Laufdurchmesser in Tiefstellung, danach in selbsthemmendem zw selbstunterstutzendem Eingriff mit dem Riemen Das Ausschalten erfolgt selbsttätig durch den Riemenzug. Die Kurvenscheibe 8 wird auf der Antriebsseite unmittelbar durch den Schaltzug 18 betätigt, auf der Abtriebsseite durch die Tastrolle 10 und eine übersetzende Koppelung durch einen Mitnahmestift 22. Die Tastrolle 10 besitzt seitlich je einen Fuhrungsbund, was ein Abspringen bei rauhen Bedingungen verhindert Ihr Steuerarm 19 dreht sich um ein Gelenk auf

der Tragerplatte 16, die drehfest in einem Gewindeauge mit dem Fahrradrahmen verbunden ist Der Steuerarm 19 wird durch eine Feder (nicht dargestellt) mit relativ geringer Kraft gegen den Riemen 1 gedruckt Die Gleitflachen der Triebscheiben 5 sind z B mit dünnen Stahlplattchen belegt, die entsprechenden Gegenflächen der Klemmleisten 15 aus Polyamid mit Gleitkunststoff beschichtet Der Freigangwinkel dieser Schragflachen betragt ca 45°, was ggf eine leichte Vorspannung im Leertrum 28 über die federnde Tastrolle 10 erfordert Die Lagerung der Kuppelleisten/Klemmkoφer 15 bzw Rollen erfolgt vorzugsweise in hochfesten Leichtmetall-Gußscheiben oder tiefgezogenen oder gespritzten Kohlefaserkunststoffscheiben, die mit entsprechenden Schragflachen oder Gelenkrillen und Anschlagen ausgeformt sind. Sie haben Durchbrüche, Bohrungen bzw Sacklόcher für die Steuernasen, bzw Steuerstößel, Verbindungsschrauben und Ruckholfedern Diese Antriebs- /Abtriebsdoppelscheiben 2, 3 können einteilig oder mehrteilig hergestellt sein Sie sind in ihrer Grobform zum Riemen hin weitgehend plan Auf der Außenseite sind sie zur besseren Aufnahme der Spreizkräfte vorzugsweise flachkegelig Die Kuppelleistennuten sind vorzugsweise in Verstärkungsrippen 29 eingebettet Für Fahrradantriebe besitzt die Antriebsdoppelscheibe rahmenseitig eine platzsparende Vertiefung für das Ende des Tretlagergehauses, kurbelseitig eine Aussparung für die Tretkurbel, sofern diese nicht ohnehin angegossen ist, oder einen Befestigungsflansch für die gängigen Tretkurbelsterne Die Abtriebsdoppelscheibe 3 besitzt mittig eine Kasettenaufhahme für Kasettennaben oder ein entsprechendes Freilaufgewinde, womit sie standardmäßig befestigt werden kann

Die Ansteuerung der Kuppelleisten 15 kann alternativ beidseitig durch zwei synchron betätigte Kurvenscheiben 8 oder Kurvensegmente oder, bei Kopplung der Kuppelleistenpaare untereinander durch einen Mitnehmer, auch einseitig erfolgen Diese Kopplung erfolgt auf dem Grund der Scheibenrille

Zur Verminderung von Reibverlusten beim Einbiegen des Riemens 1 beim Kuppelvorgang sind vor allem bei sehr breiten Kuppelleisten oder/und einer hohen Zahl von Kuppelleisten, deren Langsmitten etwas erhaben. Damit beginnt der Riemen an dieser Stelle zu flexen bevor die volle Anpreßkraft erreicht wird

Der kleinste Laufradius des Riemens 1 wird von dessen maximal zulassiger Biegung bestimmt, der größte Laufdurchmesser ist nahezu beliebig Es können also je nach vorhandenem Platz geradezu extreme Uber- Untersetzungen realisiert werden Der Riemen ist hochzugfest und sehr biegeflexibel ausgeführt und besitzt entsprechende Einkerbungen an der Unterseite (nicht dargestellt)

Für das Fahrradgetriebe betragt der Durchmesser der Antriebsdoppelscheiben ca 22-26 cm, die der Abtriebsdoppelscheiben etwa 60 % davon Beim Rennrad wird der Abtrieb kleiner, beim Mountainbike oder Lastenfahrrad entsprechend großer sein

Für übliche Fahrradrahmen muß der Riemen über ein Riemenschloß teilbar sein oder zusammengeklebt werden. Besser ist jedoch eine solche Anpassung des Rahmens, daß ein ungeteilter Riemen möglich ist. Ohnehin wäre eine Führung der Kettenstreben des Fahrrades über Riemenniveau ideal, da dann mehr Platz für das Getriebe selbst zur Verfügung steht.

Als weitere Verbesserung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Kuppelleisten 15 aus Kunststoff herzustellen, wobei die dem Riemen zugewandte Seite z.B. durch eingebettete Fasern oder/und eine rauhe Struktur der Oberfläche oder durch eine Beschichtung oder Beplankung mit entsprechenden keramischen oder metallischen Werkstoffen - z.b. einer verschleißfesten, ggf. geriffelten Blechplatte 35, einen hohen Nässereibwert auf dem Riemenmaterial besitzt , während die der Triebscheibe zugewandten Schrägflächen 6' glatt ausgeführt sind und einen möglichst geringen Reibwert gegenüber dem Material der auf der Triebscheibe befindlichen Schrägflächen 6 - vorzugsweise polierter Edelstahl - Triebscheibe besitzen. Dies ist ggf. durch eine entsprechende Beschichtung mit Teflon oder anderen Gleitkunststoffen erreichbar. Gute Reib werte zum Riemen hin sind z.B. mit faserverstärktem Polyamid möglich, wobei wenigstens die Gleitflächen aus speziellen Gleitkunststoffen mit einem Reibungsbeiwert von unter 0,2 bestehen sollten. Diese sollten zudem kleinere Schmutzpartikel ohne große Beeinträchtigung des Reibwertes inkoφorieren können.

Es ist herstellungstechnisch und montagetechnisch besonders vorteilhaft, die einzelnen Kuppelleisten 15 einer Triebscheibe in einem einzigen, sternförmigen, dauerelastischem Kunststoff-Spritzgußteil, dem Kuppelleistenstern 30 zusammenzufassen, indem an die einzelnen Kuppelleisten Kunststoffstege 31 angegossen werden (Fig 18). Diese Kunststoffstege sind vorzugsweise als Rückhol- und Haltefedern ausgebildet, z.B. durch mehrfache Krümmung. Sie tragen auch Schnappstifte 32, mit denen sie in Aussparungen der Triebscheibe 5 einrasten. Auf diese Weise sind Herstellung und Montage extrem einfach und die Zahl der Bauteile reduziert sich stark. Die Wirkung dieser Rückholfedern aus Kunststoff kann ggf. durch metallische Rückhohlfedern unterstützt werden.

Neben der Herstellung der Triebscheiben in Gußtechnik, sind auch tiefgezogene oder druckumgeformte Triebscheiben aus Blech 47 kostenmäßig vorteilhaft (Fig 27). Die zur Verringerung der Baubreite treppenförmig angeordneten Schrägflächen sind wie auch die Verstärkungsrippen 29 in einem Stück ausgeformt. Ausgangsform ist dabei ein Blechkegel, der die für die Verstärkungsrippen im Innenbereich notwendigen tiefen Faltungen ermöglicht. Die Triebscheibe aus Blech 47 wird auf ein Achsrohr 46 gepreßt und drehfest verbunden. Zur Gewichtsersparnis können in den Feldern zwischen den Kuppelleisten Materialaussparungen vorgesehen werden.

Es ist vorteilhaft zum Schutz der Gleitflächen vor kleinen Fremdköφern an den Kanten der Gleitflächen mit Räumlippen 36 auszustatten und hohlförmige Schmutzdepots bzw.

Durchgangslocher 44 in den Ecken vorzusehen (Fig 31 ), die die weggeräumten Schmutzpartikel aufnehmen, bzw nach außen leiten

Für erschwerte Emsatzbedingungen wird erfindungsgemaß vorgeschlagen, daß am Außenrand jeder Triebscheibe federnde oder elastische, ringförmige Schmutzabweiser41 befestigt sind, die in ihrer Ruhelage etwas in die Scheibennut stehen und deren gegenseitiger Abstand geringer ist, als die Riemenbreite, sodaß dessen Flanken beim Ein- und Auslaufen in die oder aus der Scheibennut an den Schmutzabweisern vorbeigleiten und von anhaftendem Schmutz befreit werden (Fig 28) Diese Schmutzabweiser konen auch die Funktion von Positionierelementen übernehmen, die einen Verzicht auf die Riementastrolle 10 ermöglichen Für gefederte Fahrzeuge, bei denen sich durch das Einfedern Langenanderungen im Leertrum und damit Einflüsse der Fahrbahnunebenheiten auf die Übersetzung ergeben, wir erfindungsgemaß vorgeschlagen, den Lagerzapfen 21 des Steuerarms 19 auf einem verschieblichen Stellring 40 zu lagern (Fig 26) Eine am Fahrzeugrahmen an geeigneter Stelle befestigte Schubstange verschwenkt diesen Lagerzapfen beim Einfedern so, daß durch die damit bewirkte Veränderung des Laufkreisradius die über die Längenanderung des Leertrums bewirkte Getriebeverstellung weitgehend ausgeglichen wird

Bei ungefederten Fahrzeugen kann dieser Additionsmechanismus verwendet werden, um eine hohe Schnellschaltfahigkeit zu erreichen Dazu wird der Schaltzug 18, der auch die antriebsseitige Getriebeverstellung bewirkt auch zum Verdrehen des Stellrings herangezogen

Zur Begrenzung der auf die Antriebsteile wirkenden Belastungen ist es häufig sinnvoll eine Uberlastsicherung vorzusehen Erfindungsgemaß wird vorgeschlagen, die einzelnen Triebscheiben axial zueinander um 1-2 mm verschieblich auf den Verbindungsbolzen 43 zu lagern und deren Spannkraft über Tellerfedern 42 oder elastische Ringe o a auf den Trieb- scheibenkoφer aufzubringen (Fig 28) Durch eine entsprechende Begrenzung des Verfahrweges der Kuppelmittel 4 durch Anschlage ist es möglich, die maximale Kuppelkraft durch die Vorspannung der Tellerfedern zu regeln Der maximale axiale Hub der Kuppelmittel über das Triebscheibenniveau muß kleiner sein als die Differenz von Triebmittelbreite und maximalem Triebscheibenabstand Dieser wird durch den zur Verfügung stehenden Federweg bestimmt Es genügt, diese Uberlastsicherung auf nur einer Seite, vorzugsweise an der Antriebsdoppelscheibe vorzunehmen Der Vorteil ist, daß damit das Getriebe nicht auf die maximal zu erwartende Kraft eines Benutzers ausgelegt werden muß, sondern nach genau definierbaren Maximalkraften berechnet werden kann, womit viel Gewicht gespaart werden kann Um die Reibverluste beim Einlegen des Riemens zu minimieren wird erfindungsgemaß vorgesehen, den Riemen durch auf den Kuppelmitteln befindliche Federleisten 37 oder durch eine über einem schmalen Spalt federnde verschleißfeste Blechplatte 35 mit begrenzter Kraft zu fassen und in Biegezonen 33 zu flexen bevor die volle Kuppelkraft einsetzt (Fig 19-24)

Eine Variante der Erfindung sieht vor, auf die Tastrolle 10 ganz zu verzichten und zur Steuerung des Riemenlaufkreises an der Abtriebsseite zwischen oder auf den Kuppelleisten 15 befindliche Positionierelemente 37, 38, 39 (Fig. 19-24, Fig. 28-30) zu verwenden, die den Riemen jeweils auf dem maximal möglichen, durch den Laufkreis an der Antriebsseite vorgegebenen Laufkreisradius zu führen. Diese Positionierelemente bestehen aus federnden oder elastischen Gleitflächen, die den einlaufenden Riemen mit einer geringen Kraft jeweils auf größtmöglichem Radius halten wollen, da sie von innen kommend an der Riemenflanke entlangstreichen. Erst wenn sich das Leertrum 28 des Riemens strafft, wird dieser auf Position gezogen und dort gehalten. An der Abtriebsseite befindet sich der Einkuppelpunkt E etwa am Gleichlaufpunkt für den kleinsten Laufkreisdurchmesser und bleibt stets in dieser Position. Die Positionierelemente können als Stahlfederbügel 39 oder Federleisten 37 aus Kunststoff, oder als Bürsten 38 jeweils in möglichst verschleißfester QuaUtät ausgeführt sein. Die gleiche Funktion können aber auch die oben erwähnten Schmutzabweiser 41 übernehmen, die den Riemen ja auch stets auf maximalem Radius führen wollen.

Wichtig ist hierbei, daß ein biegefreudiger Riemen verwendet wird, um die Haltekräfte der Positionierelemente und damit die dadurch verursachten Reibungsverluste so gering wie möglich machen zu können.

An der Abtriebscheibe können vier Phasen beim Umlauf unterschieden werden (Fig. 25): In der Positionieφhase I gleitet der Riemen auf die von unten kommenden Positionierelemente solange auf, bis das Leertrum 28 sich leicht gespannt hat. Damit befindet er sich am Ende dieser ersten Phase in der durch den Laufkreis an der Triebscheibe vorgegebenen maximalen radialen Position. Zu Beginn der Kuppelphase II kuppeln die Kuppelleisten den Riemen nach dem Passieren des Einkuppelpunktes E, der sich in der Nähe des Gleichlaufpunktes für den kleinsten Laufdurchmesser oder noch weiter in Laufrichtung befindet. In der Auskuppelphase III geben die Kuppelleisten den Riemen selbsttätig frei. In der Aushebephase werden die Kuppelleisten durch die Kurvenscheibe 8 radial angehoben um den Riemen in der anschließenden Phase I zwischen sich aufnehmen zu können.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes, auch bezeichnet als riemengekoppeltes Getriebe (Fig.7-13) befinden sich die Kuppelmittel an, vorzugsweise im Riemen 23 bzw. Triebmittel 24; 25. Das Triebmittel ist also gleichzeitig Kuppelmittel. Die Plandoppelscheiben 2; 3 besitzen in dieser Ausführungsform keine Kupplungselemente wie im vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben. In den relativ breiten Kuppelriemen 23 sind Spreizköφer 1 1 aus Hartgummi, Kunststoff oder Metall flach v-förmig eingebettet. Die "Spitze" der V-Form weist zur Außenseite (Oberseite des Riemens), die äußeren Riemenflanken 27 zeigen leicht zur Innenseite (Unterseite). Der Riemenkord 12 verläuft vorzugsweise in der Mitte oberhalb der Spreizköφer 11, wodurch die radiale Komponente seiner Zugkraft auf die Mitte

der Klemmkoφer 1 1 druckt und diese, sobald die Flanken des Riemen an der Scheibenwand der Scheiben 2, 3 gekuppelt haben, kniehebelartig spreizt, wodurch eine hohe, der Last proportionale Anpreßkraft entsteht Dabei darf der Spitzenwinkel der V-Form nicht zu nahe an 180° gedruckt werden, da der "Kniehebel" sonst überspringt und sich freikuppelt Der Riemen 23 ist in seiner Grundform etwas schmaler als der Planscheibenabstand, so daß er von diesen nicht selbsttätig kraftschlussig gekuppelt werden kann Er kann zur besseren Flexung im Seitenbereich Aussparungen 26 zwischen den Spreizkoφern besitzen (Fig 11) Den Kupplungsvorgang vollziehen zwei Steuergreifer, vorzugsweise jedoch Steuerrollen 13,13', die den Riemen von unten 13, ggf zusatzlich mittig von oben 13', scheibenseitig und druckend so verformen, daß eine Spreizung des Riemens 23 und damit Kupplung erfolgt Alternativ dazu kann der Riemen 23 oder ein als "Treibriemen" verwendetes Stahlband 24 so geformt sein, daß sie sich beim Einbiegen auf den Laufkreis einkuppeln Dann wird der Kuppelzeitpunkt durch die Position von Steuerrollen 13, 13' oder -fingern bestimmt, die den Riemen 23 bzw das Stahlband 24, 25 durch Gegenbiegen am Einkuppeln hindern Entscheidend für den Laufradius ist hier die radiale Position des Einschaltpunktes E Die Steuerrollen 13, 13' (Fig 9) sind von oben bzw unten an der Einlaufseite des Riemens an einem, ggf gabelförmigen, Trägerarm 14 zwischen die Doppelscheiben eingeführt, wobei der Doppeltragerarm durch den Schaltzug radial verstellt wird und am Gehäuse an einem Lagerzapfen 21 drehbar gelagert ist

Nach dem Einschalten bleibt der Riemen 23 solange an der gekuppelten Stelle an der Scheibe 5, bis er durch Entlastung bzw einen Zug nach oben, am Auslaufpunkt A selbsttätig freikuppelt Auf der Abtriebsseite kommt der Riemen 23 jedoch nicht sofort beim Einkuppeln unter Last, sondern erst allmählich in Richtung seines Laufweges auf den Auskupplungspunkt A zu Damit er dennoch an der gekuppelten Stelle verbleibt, wird die Biegesteifigkeit des Riemens 23, der ja eine radiale und damit kuppelnde Kraftkomponente enthalt, nicht zu gering gewählt und ggf durch eine Stahlbandfedereinlage erhöht Diese Stahlbandeinlage bildet vorzugsweise zugleich die Spreizkoφer Der Tragerarm der Schaltrollen am Abtrieb wird über die Riemenlange des Leertrums oder über die Position des aktiven Schaltregelers geregelt Es muß vermieden werden, daß das Leertrum unter hohen Zug gerat Der Wirkungsgrad der Ausführungsform der Erfindung als nemengekuppeltes Getriebe wird bei Gummiriemen wegen der deutlichen Walkarbeit bei der Riemenverformung nicht ganz so gut sein wie bei der Ausführungsform a scheibengekuppeltes Getriebe, dafür ist der Rundlauf hoch und die Gerauschentwicklung seh gering

Eine Sonderform ist das Stahlband-Kuppelriemengetriebe (Fig 8), das einen sehr guten Wirkungsgrad, allerdings weniger Drehmoment besitzt Bei ihm wird ein leicht dachförmig gebogenes, gewalztes und gehärtetes Stahlband 24 verwendet, das seitlich auch gewellt oder gefaltet sein kann, Stahlband 25, (Fig 12, Fig 13) Die Steuerrollen 13, 13' müssen ggf diesem gewellten Stahlband 25 in der Form angepaßt sein

Liste der Bezugszeichen

Auslaufpunkt A Leertrum 28

Einkuppelpunkt E Verstarkungsrippe 29

Gleichlaufpunkt G Kuppelleistenstern 30

Schaltpunkt S Kunststoffstege 31

Mittelpunkt M Schnappstifte 32

Kuppelpunkt des vorlfd Elementes K

Freigangwinkel or Biegezone 33

Einlaufwinkel ß Federspalt 34

Auslaufwinkel ϊ Blechplatte 35

Riemen 1 Raumlippen 36

Antriebsdoppelscheibe 2 Federleisten 37

Abtriebsdoppelscheibe 3 Bürsten 38

Kuppelmittel 4 Stahlfederbugel 39

Tπebscheibe 5 Stellring 40

Schragflachen 6,6" Schmutzabweiser 41

Distanzring 7 Tellerfedern 42

Kurvenscheibe 8 Verbindungsbolzen 43

Steuerstifte 9 Durchgangslocher 44

Riementastrolle 10 Fallinien der Schragflachen 45

Spreizkoφer 1 1 Achsrohr 46

Riemencord 12 Triebscheibe aus Blech 47

Steuerrollen 13,13' Breitkeilriemen 48

Hebelarm 14 Kegelflache der Triebscheibe 49

Kuppelleisten 15 federndes Halteelement 50

Trageφlatte 16 Befestigungsoffhung 51

Ruckholfeder 17 Kuppelstab 52

Schaltzug 18 Radialnut 53

Steuerarm 19 Positionieφhase I

Hilfsrolle 20 Kuppelphase II

Lagerzapfen 21 Auskuppelphase III

Mitnahmestift 22 Aushebephase IV

Kuppelriemen 23

Stahlband 24 gewelltes Stahlband 25

Aussparungen in Riemen 26

Riemenflanke 27