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Nach dem heutigen Stand der Technik
sind keine stufelosen Fahrradschaltgetriebe der nachfolgend dargelegten
Funktionsweise bekannt. Das Problem der dem heutigen Stand der Technik
gängigen Schaltgetriebe
ist, dass ein Gangwechsel unter Last nur schwer und unter erheblichem
Kraftaufwand zu realisieren ist. Ein weiteres Problem ist, dass
während
eines Gangwechsels keine direkte Kraftübertragung an das Antriebsrad
möglich
ist. Ein weiteres Manko sind die vielen einzelnen Übersetzungszahnräder, welche
eine exakte Schaltung im Dauerbetrieb nur schwer ermöglichen.
Durch ein stufenloses Schaltgetriebe wird ermöglicht, dass zu jeder Situation
die entsprechende passende Übersetzung
zur Verfügung
steht.
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Der den Patentansprüchen zugrundeliegenden
Erfindung, liegt das Problem zugrunde ein stufenloses Schaltgetriebe
zu realisieren, welches sich durch eine einfache und robuste Funktionsweise auszeichnet
und damit den Fahrkomfort, die Zuverlässigkeit und den Wirkungsgrad
erheblich verbessert. Durch die nachfolgend beschriebene Schaltung ist
außerdem
gewährleistet,
dass sich der Umfang der Kette nie ändert, was im Vergleich zu
herkömmlichen
Schaltungen, Elemente wie Kettenspanner und die damit verbundenen
Reibungsverluste, überflüssig macht.
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Diese Probleme werden durch die in
den Patentansprüchen
aufgeführten
Merkmalen gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile
bestehen darin, dass weniger Teile zur Realisierung der Radschaltung
notwendig sind, als bisher, was die Zuverlässigkeit und Präzision der
Schaltung im Dauerbetrieb verbessert. Stehen bei einer herkömmlichen Radschaltung
nur eine begrenzte Anzahl an Gängen zur
Verfügung,
so kann durch diese Erfindung eine unbegrenzte Anzahl an Übersetzungen
gewählt
werden.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen
dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben:
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Zeichnungen Nr. 1 ff: Der Schaltzylinder
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Zeichnungen Nr. 2 ff: Die eigentliche
Schaltvorrichtung
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Zeichnung Nr. 3: Die Antriebskette
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Zeichnung Nr. 4: Gesamtansicht der
Schaltung
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sZeichnungen Nr. 5 ff: Schaltzylinder
in der Achse integriert
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Zur Zeichnung 1:
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Sie zeigt in 1.1 den Schaltzylinder, welcher sich jeweils
an der Hinterachse und der Tretkurbel befindet. Das Rad in dieser
Zeichnung ist ein schwarzer senkrechter Strich, die sich drehende Achse
eine schraffierte Fläche.
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Der Schaltzylinder ist mit dem Rahmen
fest verbunden, wobei durch den Zylinder die Achse des Rades, bzw.
die Tretwelle, geführt
wird.
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Der Zylinder besteht aus einem Mantel (1.2.1), welcher eine Bohrung
für die
Fahrradachse/Tretwelle enthält.
Zwischen dieser Bohrung und dem Außenmantel enthält dieser
Zylinder einen Hohlraum (1.2.1 grau
gezeichnet), welcher nur nach oben offen ist, und einen weiteren
Zylinder (Rohr) in sich aufnehmen kann. (1.2.2). Der Boden des Zylinders ist zum
Rad/Rahmen hin geschlossen, einzig eine Öffnung für die Zuführung des Öls. Man kann sich diesen Zylinder
als normalen Hydraulikzylinder vorstellen, nur mit dem Unterschied,
dass er eine Bohrung für
die Fahrradachse/Tretwelle enthält. 1.2 soll den Zusammenhang
der einzelnen beschriebenen Teile nochmals verdeutlichen. Wird nun
der Öldruck,
welcher durch eine Ölleitung
dem Zylinder zugeführt
erhöht,
so wird der kleinere Zylinder (1.2/1.2.2)
nach „außen" gedrückt.
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Die 1.2.11 zeigt
nochmals eine Draufsicht auf den äußeren Zylinder, wobei die graue
Fläche
den Hohlraum für
den in 1.2.2.1 (Draufsicht)
gezeigten Zylinder darstellt.
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Am Kopf des kleineren Schiebezylinders
befindet sich eine Scheibe, welche fest mit dem Zylinder verbunden
ist und mehrere kleine Rollenlager enthält. (1.3 Draufsicht und 1.2 Gesamtansicht). Diese Scheibe mit
Rollen-, bzw. Kugellagern bildet die Verbindung zwischen dem festsitzenden Schaltzylinder
und der sich drehenden Rad-, Tretachse. Die eingezeichneten Rollenlager
sollen dabei den Kontakt und die Reibung möglichst gering halten.
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Zur Zeichnung 2:
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Die in der 2 gezeigte Darstellung enthält ein Auszug
der Gesamtansicht der Komponenten an den jeweiligen Achsen. Der
senkrechte schwarze Strich soll hierbei wieder das Rad darstellen,
die schraffierte Fläche
die Achse. Unmittelbar neben dem Rad befindet sich wieder der Schaltzylinder,
welcher hier nicht mehr näher
erläutert
werden soll. Die wichtigsten Bestandteile in dieser Abbildung sind
die beiden trapezförmig
eingezeichneten Komponenten. Zu Beachten ist hierbei, dass jeweils
nur die zum Rad/Rahmen befindliche Komponente in seiner Stellung
variabel gestaltet ist, die äußere fest.
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2.1 zeigt
eine Einzelansicht dieser Komponenten. Die schraffierte Fläche ist
hierbei wiederum die Achse. Pro Achse werden zwei solcher Komponenten,
welche ineinander „verzahnt" sind, benötigt. Dieses
Bauteil lässt
sich am einfachsten als zylindrischen „Lampenschirm" umschreiben.
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2.1.1 zeigt
die Draufsicht des „Bodens", bzw. des Kopfes
dieser zylindrischen Komponente. Der Boden, bzw. Kopf des Zylinders
bilden jeweils zwei Ringe, welche durch Verstrebungen miteinander
verbunden sind. Der innere Ring befindet sich unmittelbar um die
eigentliche Achse und enthält „Führungsnasen", welche die Stabilität durch
Verschieben an der Achse, erhöhen
soll. Wobei hierbei zu beachten ist, dass die Achse einzeln, in
Längsrichtung
eingelassene Führungsschienen
enthalten muss (nicht eingezeichnet). Der Boden unterscheidet sich
dem Kopf nur derart, dass der Umfang des äußeren Ringes erhöht wurde,
um die zylindrische Anordnung zu gewährleisten. Diese beiden Elemente (Boden
und Kopf) werden nun durch einzelne Lamellen (2.1) verbunden. Wobei der Einfachheit
halber hier nur vier einzelne Lamellen eingezeichnet wurden.
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2 zeigt
die „Verzahnung" der beiden Komponenten.
Wobei die Schnittstellen der einzelnen Lamellen den Umfang der Kettenführung bilden. Dadurch,
dass die beiden Komponenten leicht versetzt angebracht sind, „schneiden" sich die einzelnen Lamellen
parallel (2/übertrieben
dargestellt, durch die beiden schwarzen Balken). Die unterschiedliche
Farbgebung der schräg
zulaufenden Lamellen soll hierbei darstellen, dass sich die schwarze Lamelle
jeweils vor der weißen
Lamelle befindet. Jeder dieser Kreuzungspunkte bildet nun die einzelnen Angriffspunkte
der in Zeichnung 3:
dargestellten Kette. Diese Kette lässt sich
mit den herkömmlichen
Fahrradketten vergleichen, mit dem Unterschied, dass sich an der
Unterseite von jedem einzelnen Glied ein Zahn befindet, welcher
sich in die Kreuzungspunkte der Lamellen verzahnt.
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Funktionsweise Zur Zeichnung
4:
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Diese Abbildung stellt nun die wesentlichen Komponenten
der Schaltung an der Tretkurbel, bzw. Hinterachse dar. Jede Achse
besteht aus den gleichen, bzw. ähnlichen
Komponenten. Die beiden Schaltzylinder sind in dieser Zeichnung
mit einer grauen Fläche
versehen, welche den jeweiligen Ölstand
in den Zylindern darstellen soll. Erhöht sich nun bspw., wie in der
Zeichnung dargestellt, der Öldruck in
dem Zylinder der Tretkurbel, so wird der bewegliche innere Schaltzylinder
nach außen
gedrückt.
Dies hat zur Folge, dass sich die innere bewegliche zylindrische
Komponente an der Tretkurbel nach „außen" schiebt und somit den Abstand zur anderen
zylindrischen, festen Komponente verringert. Der Reibungsverlust
des fest angeordneten Schaltzylinders und der sich drehenden zylindrischen
Komponenten wird durch die in 1.2 und 1.3 dargestellten Scheibe mit Rollenlager
verhindert. Hierbei steht die Scheibe fest, ermöglicht aber eine Positionierung,
sowie eine Drehung des zylindrischen Schaltelements durch die eingezeichneten
Rollenlager.
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Durch diese Verschiebung verändern sich die
Schnittpunkte der Lamellen und bilden somit einen größeren Umfang
der Kettenführung.
Durch die schräg
angeordneten Lamellen „rutscht" nun die in 3 eingezeichnete Kette an
den Kreuzungspunkten nach „oben" und verändert somit
die Übersetzung des
Antriebs. Stellt man sich nun weiterhin vor (nicht eingezeichnet),
dass beide Schaltzylinder (Tretkurbel und Hinterachse) über einen
gemeinsamen Öldruckbehälter verfügen, welcher
bei Verschiebung (Schaltung) der vorderen Komponente den Öldruck im
Tretkurbel Schaltzylinder erhöht,
und im selben Maße
dadurch der Druck im hinteren Schaltzylinder verringert wird, so
erhöht
sich der Abstand der beiden Komponenten an der Hinterachse. Die
Kreuzungspunkte der Lamellen bilden nun einen kleineren Radius zur
Achse gesehen, und verringern somit den Umfang der Kettenführung an
der Hinterachse. Die Kette „rutscht" an den schräg angeordneten
Lamellen nach „unten".
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Durch diese Anordnung wird nicht
nur eine stufenlose Schaltung ermöglicht, es ist auch kein Kettenspanner
wie bei herkömmlichen
Schaltungen erforderlich, da sich der Umfang der Kette nicht verändert, da
sich der Umfang einer Komponente (Hinterachse oder Tretkurbel) im
selben Maße
erhöht,
wie sich der Umfang der anderen Komponente verringert.
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Zur Zeichnung 5:
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Diese Abbildung stellt eine weitere
Verbesserung der Schaltung dar, da auf die angegebenen Schaltzylinder
ganz verzichtet werden kann da die Schaltzvlin
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Reibung zwischen den Rollenlagern und der zylindrischen Elemente
verursachen
- 2. und aus Platzgründen
und Gewichtsgründen besser
ausgespart werden
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In den bisherigen Zeichnungen wurde
aber auf diese Verbesserung bewusst verzichtet, um die Anschaulichkeit
und Wirkungsweise besser darstellen zu können.
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An der restlichen Anordnung ändert sich nichts,
nur dass die für
die Schaltung notwendige Vorrichtung in die eigentliche Achse eingearbeitet wurde.
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5.1 zeigt
diese Anordnung. (Die schraffierte Fläche stellt den Ölstand dar)
Hierbei muss ein Teil der Achse hohl sein, in diesem Teil wird der Schiebezylinder
mit eingebaut. Die Achse weist an der mit dem Rahmen verbunden Teil
ein Gitter auf, welches die Stabilität der Achse gewährleistet,
aber es außerdem
ermöglicht
von außen,
(Rahmen) Öl
zuzuführen,
bzw. abzulassen. Erhöht
sich nun der Druck, durch dem von außen durch das Gitter eingelassenen Öls, so wird
der Schaltschieber in der Achse nach außen gedrückt. Dieser Schaltschieber
ist durch eine Führungsschiene
nach außen
verbunden und kann somit wieder mit den zylindrischen Komponenten
verbunden werden.