DE69500447T2

DE69500447T2 - Gangschaltungssystem

Info

Publication number: DE69500447T2
Application number: DE69500447T
Authority: DE
Inventors: Keiichi Akashi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-08-31
Filing date: 1995-09-02
Publication date: 1998-01-22
Anticipated expiration: 2015-09-03
Also published as: AU3053795A; EP0760334B1; EP0760334A1; CA2157326A1; CN1059735C; US5679088A; DE69500447D1; CN1135026A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gangschaltungssystem, das folgendes umfaßt:
ein Antriebs.gehäuse, das von einem stationären Element drehend gehalten wird, eine Antriebswelle, welche parallel zu einer zentralen Rotationsachse des Antriebsgehäuses angeordnet ist, sowie ein Verstellmittel, um die Antriebswelle in eine Richtung senkrecht zu der zentralen Rotationsachse zu bewegen,
wobei eine Vielzahl von in diesem Antriebsgehäuse angeordneten Schienen und eine Vielzahl von mit Hilfe dieser Schienen beweglich geführten Gleitrahmen in axialer Richtung zu der zentralen Rotationsachse vorgesehen sind, und
der Gleitrahmen eine Öffnung aufweist, in welche die Antriebswelle eingesetzt ist, sowie ein Paar Zahnstangen mit gegenüberliegenden Verzahnungen und gegenüberliegenden Kurvenflächen, welche zueinander parallel zu dem Teilkreis der Zahnstange angeordnet sind, und
die Schienen die Gleitrahmen senkrecht zum Teilkreis der Zahnstange in einer Ebene führen, welche senkrecht zu der zentralen Rotationsachse verläuft, und
die Antriebswelle eine Vielzahl von Ritzeln aufweist, welche in die Zahnstangen und die Kurvenflächen eingreifen, um die Gleitrahmen dadurch zu positionieren, daß sie mit den gegenüberliegenden Kurvenflächen in Kontakt treten, und die Zahnstangen als virtuelle Innenverzahnung dienen, wenn sie mit den drehenden Ritzeln in Eingriff treten, und
das Antriebsgehäuse durch das Drehmoment der um die Antriebswelle drehenden Gleitrahmen um die zentrale Rotationsachse gedreht wird, und
das Untersetzungsverhältnis dadurch verändert wird, daß der Abstand zwischen der zentralen Rotationsachse und der Position des Eingriffs durch Verstellen der Antriebswelle verändert wird.
Ein solches Gangschaltungssystem ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 37-5462 offenbart. Wie in der Fig. 29 dargestellt, besitzt das darin beschriebene Gangschaltungssystem ein drehbares Antriebsgehäuse (a) und eine Antriebswelle c, welche parallel zu einer zentralen Rotationsachse cl des Antriebsgehäuses (a) angeordnet ist. Die Antriebswelle c kann mit Hilfe von Verstellmitteln b senkrecht zu der zentralen Rotationsachse c1 des Antriebsgehäuses (a) bewegt werden.
Das Antriebsgehäuse (a) kann um die zentrale Rotationsachse cl gedreht werden. Das Antriebsgehäuse (a) ist mit zwei Paar paralell zueinander angeordneten Schienen d1, d1 und d2, d2 ausgerüstet, welche auf gegenüberliegenden Seiten der zentralen Rotationsachse cl vorgesehen sind. Die Zwischenlinien der Schienen d1, d2 schneiden sich in einem Winkel von 90º.
Die rechteckigen Gleitrahmen e, f sind beweglich mit den Schienen d1, d2 verbunden. Zwei Gleitrahmen e , f werden senkrecht zueinander bewegt. Jeder der Gleitrahmen e, f bildet eine Öffnung g. Innerhalb der Öffnung g sind ein Paar Zahnstangen h, h und ein Paar Kurvenflächen i, i parallel zu dem Teilkreis der Zahnstange h in vertikaler Ausrichtung angeordnet. Die Zahnstangen h, h und die Kurvenflächen i, i liegen in der Bewegungsrichtung der Gleitrahmen e, f jeweils einander gegenüber.
Die Antriebswelle c ist in die Öffnung g eingesetzt. Zwei Ritzel j, j, welche mit den Zahnstangen h der Gleitrahmen in Eingriff stehen, sind fest mit der Antriebswelle c verbunden. Die Ritzel j, j können nicht gleichzeitig mit den beiden einander gegenüberliegenden Zahnstangen h, h in Eingriff treten.
Die Antriebswelle c hält eine exzentrische Nockenscheibe k. Die Nockenscheibe k ist in die Kurvenflächen i, i der Gleitrahmen e, f eingeschoben. Die Nockenscheibe k kann gleichzeitig mit den einander gegenüberliegenden Kurvenflächen i, i in Kontakt stehen.
Das Verstellmittel b besitzt ein Schleppblech p, welches durch Rotation einer Schraubenwelle m entlang einer Gleitachse o bewegt wird. Das Schleppblech p hält drehend die Antriebswelle c. Die Nockenscheibe k ist mit Hilfe eines Stiftes n an dem Schleppblech p befestigt. Auf diese Weise wird die Nockenscheibe k daran gehindert, sich um die Antriebswelle c zu drehen.
Der prinzipielle Aufbau des Gangschaltungssystems für die Veränderung der Fahrgeschwindigkeit ist nachstehend beschrieben.
Ein auf die Antriebswelle c beaufschlagtes Eingangsmoment zwingt das Ritzel j, sich zu drehen. Das Ritzel j drückt die mit ihm in Eingriff stehende Zahnstange h in Richtung des Teilkreises. Wenn das durch die beaufschlagte Kraft verursachte Drehmoment höher ist, als die auf das Antriebsgehäuses (a) ausgeübte Kraft, so können die Gleitrahmen e, f das Antriebsgehäuse (a) drehen.
Die Nockenscheibe k wird nicht gedreht, sondern wird in einer vorbestimmten Position gehalten. Daher bewegt sich während der Umdrehung des Antriebsgehäuses (a) die Position des Eingriffs zwischen der Zahnstange g und dem Ritzel j entlang einem entsprechenden Teilkreis der virtuellen Innenverzahnung.
Das Untersetzungsverhältnis des Gangschaltungssystems kann als das Verhältnis CPD/RD) eines Radius PD des Teilkreises des Ritzels j zwischen einem Abstand RD von einem Rotationszentrum des Antriebsgehäuses (a) und der Position des Eingriffs zwischen der Zahnstange h und dem Ritzel j ausgedrückt werden. Die Position der Nockenscheibe k wird durch Drehen der Schraubenwelle m in dem Verstellmittel b verändert. Der Abstand RD wird dementsprechend verändert. Dadurch wird auch das Untersetzungsverhältnis verändert.
Das Gangschaltungssystem aus dem Stand der Technik weist jedoch folgende Nachteile auf:
(a) das Drehmoment kann nicht leichtgängig übertragen werden, da unregelrnäßige Drehbewegungen auftreten können;
(b) es werden starke Belastungen und hohe Drehmomente in der Antriebswelle verursacht, wenn die Flankenlinien der Zahnräder bei Beginn des Eingriffs zwischen den Zahnstangen und den Ritzeln nicht miteinander übereinstimmen, und dadurch Geräusche und Fehlfunktionen des Systems verursacht werden;
(c) wenn die Antriebswelle gestoppt wird, werden die Kräfte des Drehrahmens nicht aufgenommen;
Cd) die Zähne der Zahräder können leicht abbrechen, da in dem Eingriffsteil zwischen der Zahnstange und dem Ritzel eine enorme Kraft beaufschlagt wird; und
Ce) um das Untersetzungsverhältnis zu verändern, ist es erforderlich, die Schraubenwelle rn der Verstellmittel zu drehen.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Gangschaltungssystem von der zu Anfang genannten Art vorzuschlagen, welches die weiter oben genannten Probleme (a) - Ce) lösen kann und erlaubt, ein Drehmoment leichtgängig zu übertragen.
Diese Ziel wird mit Hilfe eines Gangschaltungssystems erreicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß:
die Verstellmittel ein drehendes Eingabemittel, Mittel für die Übertragung von Drehmomenten zwischen den Eingabemitteln und der Antriebswelle, ein die Mittel für die Übertragung des Drehmormentes drehender Rahmen in einer unterschiedlichen Position von der zentralen Rotationsachse gelenkig hält und nur um die zentrale Rotationsachse drehbar ist, sowie ein für eine konzentrische Kippbewegung mit dem Mittel für die Übertragung des Drehmomentes gelenkig gelagerter Schwinghebel vorgesehen ist, welcher die Antriebswelle an einem ihrer Enden drehend hält, und dadurch, daß das Mittel für die Übertragung des Drehmomentes integral mit der Antriebswelle gedreht wird, wenn sie einer Reaktionskraft unterworfen wird, welche durch die Belastung des Antriebsgehäuses und ein Eingangsmoment aus dem Eingabemittel verursacht wird und eine pendelnde Abtrennung des Schwinghebels in einer Richtung verursacht, in der die Antriebswelle von der zentralen Rotationsachse getrennt ist und von ihr fortbewegt wird;
und dadurch, daß drei oder mehr ungradzahlige Gleitrahmen vorgesehen sind und sich die Bewegungsrichtungen der Gleitrahmen jeweils in einem identischen Winkel schneiden;
und dadurch, daß das Profil der Nockenscheibe so konfiguriert ist, daß kleine Bögen C1 mit einem Krümmungsradius R1 und große Bögen C2 mit einem Krümmungsradius R2, der größer ist, als der Krümmungsradius der Bögen C1, alternierend axial angeordnet sind, und daß die Länge H (= R1 + R2) der Nockenscheibe zwischen zwei zu der Nockenscheibe tangential verlaufenden parallelen Linien konstant ist; und
dadurch, daß die Nockenscheibe von der Antriebswelle in einer Weise angelenkt getragen wird, daß der Mittelpunkt des Ritzels weitgehend mit dem Mittelpunkt des Bogens C1 zusammenfällt.
Weitere Ziele und Wirkungsweisen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachstehenden Beschreibung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Die Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht entlang der zentralen Rotationsachse eines Gangschaltungssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Die Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht entlang der zentralen Rotationsachse eines Gangschaltungssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Die Fig. 3 zeigt einen perspektivischen Aufriß eines erfindgungsgemäßen Gangschaltungssystems;
Die Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht eines Zylinders 2A an der Seite einer Bremstrommel, welcher orthogonal zu einer zentralen Rotationsachse gefluchtet ist;
Die Fig. 5 zeigt einen perspektivischen Aufriß einer Antriebswelle;
Die Fig. 6 zeigt einen perspektivischen Aufriß der Schienen und eines Gleitrahmens;
Die Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht für die Beschreibung eines Eingabezylinders;
Die Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht von Widerstandsmitteln;
Die Fig. 9 zeigt eine Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Widerstandsmittel;
Die Fig. 10 zeigt einen perspektivischen Aufriß einer Rutschkupplung;
Die Fig. 11 zeigt eine Draufsicht auf eine Nockenscheibe;
Die Fig. 12 zeigt eine Schnittansicht für die Erklärung der Verstellung einer Antriebswelle;
Die Fig. 13 zeigt eine Schnittansicht für die Erklärung der Verstellung einer Antriebswelle;
Die Fig. 14 zeigt eine Schnittansicht des Zusammenhangs zwischen einem Ritzel 12A und einem Gleitrahmen 9A;
Die Fig. 15 zeigt eine Schnittansicht des Zusammenhangs zwischen einem Ritzel 12B und einem Gleitrahmen 9B;
Die Fig. 16 zeigt eine Schnittansicht des Zusammenhangs zwischen einem Ritzel 12C und einem Gleitrahmen 9C;
Die Fig. 17 zeigt eine virtuelle Schnittansicht mit den Fig. 13 bis 15, die überlagert wurden;
Die Fig. 18 zeigt eine Schnittansicht des Zusammenhangs zwischen einem Ritzel 12A und einem Gleitrahmen 9A;
Die Fig. 19 zeigt eine Schnittansicht des Zusammenhangs zwischen einem Ritzel 12B und einem Gleitrahmen 9B;
Die Fig. 20 zeigt eine Schnittansicht des Zusammenhangs zwischen einem Ritzel 12C und einem Gleitrahmen 9C;
Die Fig. 21 zeigt eine virtuelle Schnittansicht mit den Fig. 17 bis 19, die überlagert wurden;
Die Fig. 22 zeigt ein Fahrrad mit einem darin eingebauten erfindungsgemäßen Gangschaltungssystem;
Die Fig. 23 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsart eines Gangschaltungssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Die Fig. 24 zeigt eine Schnittansicht der anderen Ausführungsart eines Gangschaltungssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Die Fig. 25 zeigt eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsart eines Gangschaltungssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Die Fig. 26 zeigt einen perspektivischen Aufriß noch einer weiteren Ausführungsart des Gangschaltungssystems entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Die Fig. 27 zeigt eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsart einer Nockenscheibe;
Die Fig. 28 zeigt eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsart einer Nockenscheibe;
Die Fig. 29 zeigt eine perspektivische Ansicht eines klassischen Gangschaltungssystems.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Nachstehend wird in Bezug auf die Zeichnungen eine mögliche Ausführungsart der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Gangschaltungssystem 1 enthält ein Antriebsgehäuse 2, welches drehend von einem stationären Element 5 gehalten wird, sowie eine Antriebswelle 4, welche parallel zu einer zentralen Rotationsachse CL des Antriebsgehäuses 2 angeordnet ist, sowie Verstellmittel 3 für die Verstellung der Antriebswelle 4 in orthogonaler Richtung gegenüber der zentralen Rotationsachse CL.
In dieser Ausführungsart ist das stationäre Element 5 eine starre Welle 29, welche an dem Rahmen F eines Fahrrades M befestigt ist, wie dies in der Fig. 22 dargestellt ist. Das Antriebsgehäuse 2 ist mit Hilfe einer Speiche 31 integral mit einem Reifen verbunden und bildet so einen Teil des Hinterrades 32 eines Fahrrades. In dieser Ausführungsart wird ein Gangschaltungssystem (Untersetzungsgetriebe) für ein Fahrrad beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf begrenzt und kann auch für ein Gangschaltungssystem mit sehr verschiedenen Übertragungen von Drehmomenten eingesetzt werden, wie sie zum Beispiel für verschiedene Werkzeugmaschinen und andere Fahrzeuge.
Um das Fahrrad M in vorderer Richtung zu bewegen, wird ein Drehmoment auf ein Pedal P in Richtung des Ffeils in der Fig. 22 beaufschlagt. Dieses Drehmoment dreht den in der Fig. 1 dargestellten Eingabezylinder im Uhrzeigersinn, wenn man das Gangschaltungssystem 1 an der Seite eines Kettenrades 43 betrachtet. In der Beschreibung gelten, soweit nichts anderes angegeben ist, die Bezeichnungen "im Uhrzeigersinn" und "entgegen dem Uhrzeigersinn" als die jeweiligen Richtungen im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn, wenn das Gangschaltungssystem 1 entlang der zentralen Rotationsachse CL von der Seite eines Kettenrades 43 betrachtet wird.
Das Antriebsgehäuse 2 kann zum Beispiel in Form eines geschlossenen Zylinder ausgebildet werden, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Das Antriebsgehäuse 2 enthält einen Zylinder 2A und Abdeckungen 2B, 2C, welche an beiden Enden des Zylinders 2A befestigt sind. Der Zylinder 2A ist mit Flanschen 2D, 2D ausgerüstet, welche sich ringförmig von beiden Enden seines Umfangs erstrecken. Die Speiche 31 kann zum Beispiel an dem Flansch 2D befestigt werden.
Die Abdeckung 2B wird über den Eingabezylinder 20 mit Hilfe der starren Welle 29 gehalten. Dagegen wird der Eingabezylinder 20 drehend gegenüber der starren Welle 29 gehalten. Die Abdeckung 2C wird von der anderen starren Welle 29' drehend gehalten. Die Bremstrornmel BD des Fahrrades kann zum Beispiel an der Abdeckung 2C befestigt werden.
Die starren Wellen 29, 29' sind in einem axialen Zentrum Czentrale Rotationsachse CL) miteinander gefluchtet. Das Antriebsgehäuse 2 kann sich daher nur um die zentrale Rotationsachse CL drehen.
Das Antriebsgehäuse 2 ist mit einer Vielzahl von Schienen 5a, 5b, 5c ausgerüstet, wie dies in den Fig. 1 und 6 dargestellt ist. Die Schienen 5a, Sb, 5c können zum Beispiel dadurch hergestellt werden, daß man Schienenelemente 15, 15 an den gegenüberliegenden Seiten der zentralen Rotationsachse CL so anordnet, daß sie einander gegenüberliegen.
Die Schienenelemente 15, 15 enthalten jeweils eine Schienenfläche 14, welche durch Biegen eines geraden Teils eines gekrümmten Elementes 16 hergestellt wird. Die Schienenflächen 14, 14 sind parallel zueinander angeordnet. Das gekrümmte Element 16 besitzt vorzugsweise einen bogenförmigen Abschnitt, welcher der inneren Umfangsfläche des Zylinders 2A entspricht, ist jedoch nicht darauf begrenzt.
Drei Schienen 5a, 5b, 5c sind in Richtung der zentralen Rotationsachse CL gefluchtet. Die Schienen 5a, 5b, 5c sind in einer orthogonalen Ebene zu der zentralen Rotationsachse CL angeordnet.
Die Schienen 5a, 5b, 5c sind so positioniert, daß die Mittellinien der einander gegenüberliegenden Schienenflächen 14, 14 von der zentralen Rotationsachse CL geschnitten werden. Außerdem sind die Schienen 5a, 5b, 5c so angeordnet, daß sich die Mittellinien jeweils in einem identischen Winkel schneiden. In der dargestellten Ausführungsart beträgt der Schnittwinkel 120º.
Die Schienenelemente 15, 15 sind zum Beispiel mit Hilfe von Schrauben an Halterungen T1 und Abstandsstücken T2 befestigt, welche an der inneren Umfangsfläche des Zylinders 2A vorgesehen sind. Die Halterung T1 und das Abstandsstück T2 sind an der inneren Umfangsfläche des Zylinders 2A in einem identischen Winkelabstand von 60º angeordnet.
In der dargestellten Ausführungsart sind die Schienen 5a, 5b, 5c außerdem mit Cinsgesamt drei) Gleitrahmen 9A, 9B, 9C ausgestattet. Die Gleitrahmen 9A, 9B und 9C werden von den Schienen 5a, 5b, 5c geführt und in einer Ebene senkrecht zu der zentralen Rotationsachse CL bewegt. Auf diese Weise kreuzen sich die Bewegungsrichtungen der Gleitrahmen 9A, 9B und 9C in einem identischen Winkel von 120º. Dieser Winkel bezieht sich auf den größeren der möglichen Schnittwinkel.
Der Gleitrahmen 9 enthält zum Beispiel Rollen 35, welche in den vier Ecken zwischen den oberen und unteren Rahmenplatten 33, 34 angeordnet sind. Die Rollen 35 gleiten leichtgängig auf der Schienenfläche 14.
Die Rahmenplatten 33, 34 sind mit einer Öffnung 6 für die Aufnahme der Antriebswelle 4 ausgestattet. Diese Öffnung kann durch Stanzen mit Hilfe einer Presse od.dgl. hergestellt werden. Zwischen den Rahmenplatten 33, 34 ist ein Paar einandergegenüberliegender Zahnstangen 10, 10 angeordnet. Die Öffnung 6 bildet ein Paar Kurvenflächen 11, 11, welche parallel zu einem Teilkreis der Zahnstange 10 an deren Innenseite verlaufen. Der Teilkreis der Zahnstange 10 verläuft orthogonal zur Bewegungsrichtung der Gleitrahmen 9A, 9B, 9C.
Die Zahnstange 10 kann zum Beispiel mit Vorsprüngen 37, 37 ausgerüstet sein, welche sich jeweils in oberer und unterer Richtung erstrecken. Die Vorsprünge 37 werden gleitend in diagonale Nuten 39 in den Rahmenplatten 33, 34 eingeschoben.
Die Zahnstange 10 ist an ihren gegenüberliegenden Seiten mit Nuten 40 ausgestattet. In die Nut 40 ist in Umfangsrichtung eine Ringfeder 41 eingesetzt. Auf diese Weise werden die einander gegenüberliegenden Zahnstangen 10, 10 konstant gegeneinander gedrückt. Zum Beispiel erstreckt sich ein Kopfpunkt der Zahnstange 10 über die Kurvenfläche 11 in die Öffnung 6.
In der dargestellten Ausführungsart sind die Zahnstangen 10 so angeordnet, daß sich der Teilkreis von der Kurvenfläche 1,5 mm nach innen erstreckt, wenn sie einander am nächsten liegen. Selbstverständlich kann der Teilkreis der Zahnstangen 10 mit der Kurvenfläche 11 gefluchtet oder nicht gefluchtet sein und kann entsprechend einer relativen Position zwischen einer Nockenscheibe 13 und einem Ritzel 12 bestimmt werden, die später noch beschrieben werden.
Die diagonale Nut 39 ist vorzugsweise so geneigt, daß sie entgegen dem Uhrzeigersinn positioniert ist, wenn sie sich vom Kopfpunkt gegen den Fußpunkt der Zahnstange 10 bewegt. Die diagonale Nut 39 ist vorzugsweise in einem Winkel von 60 bis 85º geneigt, gemessen an der Seite eines spitzen Winkels im Vergleich zu dem Teilkreis der Zahnstange 10. Auf diese Weise wird das Spiel der Zahnstange 10 bei der Kraftübertragung auf ein Mindestmaß begrenzt. Anders gesagt, es wird der eventuelle Energieverlust in dem Gangschaltungssystem reduziert.
Die Zahnstange 10 wird von den (in der Fig. 5 gezeigten) Ritzeln 12A, 12B, 12C entlang der diagonalen Nut 39 gelöst, wenn ein impulsiver Eingriff, ein defektes Ineinandergreifen, eine Blockierung od.dgl. zwischen den Verzahnungen auftritt. Das heißt, daß ein leichtgängiger Eingriff zwischen den Zahnstangen 10 und dem Ritzel 12 gewährleistet ist.
Wenn das Fahrrad M auf einer abfallenden Strecke eingesetzt wird, kann das Pedal P gestoppt werden. In diesem Fall werden die Ritzel 12A, 12B, 12C gestoppt. Außerdem wird das Antriebsgehäuse 2 durch den Reifen des Fahrrads M einem Drehmoment im Uhrzeigersinn unterzogen.
Selbst in einem solchen Fall können die Zahnstangen 10 leichtgängig entlang der diagonalen Nut 39 gelöst werden, wenn sie mit dem unbeweglichen Ritzel 12 in Kontakt treten. Das heißt, die Zahnstangen 10 funktionieren dann wie eine Ratsche und ihr Eingriff mit den Ritzeln 12A, 12B, 12C wird vermieden.
Daher treten in der Antriebswelle 4 selbst dann keine hohen Stoßbelastungen und hohe Drehmomente auf, wenn die Flankenlinien der Ritzel zu Beginn des Eingriffs zwischen den Zahnstangen 10 und den Ritzeln 12 nicht miteinander übereinstimmen. Ein Brechen der Verzahnungen der Zahnräder und der Ritzel kann vermieden werden. Das Antriebsgehäuse 2 liefert selbst dann eine Antriebskraft, wenn die Antriebswelle 4 außer Betrieb ist.
Die Rahmenplatten 33, 34 besitzen einen bogenförmigen Abschnitt, welcher an deren beiden Enden in der Gleitrichtung ausgebildet ist. Der bogenförmige Abschnitt entspricht weitgehend dem Innendurchmesser des Zylinders 2A. In jedem der Enden kann eine Kerbe 36 ausgebildet werden. Vorzugsweise werden die Gleitrahmen 9A, 9B, 9C daran gehindert, unbeabsichtigt mit der Halterung T1 an beiden Enden in Eingriff zu treten, und dadurch wird eine große Gleitkraft gewährleistet.
Die Rahmenplatten 33, 34 können zum Beispiel mit einer Sicke 42 versehen werden. Diese Sicke 42 erstreckt sich über die Schienenfläche 14 und überdeckt die Schienenfläche in vertikaler Richtung. Diese Anordnung wird bevorzugt, da dadurch verhindert werden kann, daß der Gleitrahmen 9 von der Schiene 5 abgelöst oder verschoben werden kann.
Die Antriebswelle 4 kann zum Beispiel aus einer Keilwelle bestehen, wie dies in den Fig. 1, 2 und 5 dargestellt ist. Ein Antrieb 50 und drei Ritzel 12A, 12B, 12C sind integral an der Antriebswelle 4 befestigt. Die Ritzel 12A, 12B, 12C sind so dimensioniert, daß sie mit einer der gegenüberliegenden Zahnstangen 10 in Eingriff treten, ohne miteinander in Kontakt zu kommen.
Die Ritzel 12A, 12B, 12C sind mit einem kreisförmigen Nabenwulst 86 ausgestattet, wie dies in der Fig. 5 gezeigt ist. Der Nabenwulst 86 ist für eine mögliche Umdrehung schwenkbar auf den Nockenscheiben 13A, 13B, 13C gelagert. Eine Nockenscheibe 13D wird mit Hilfe eines Lagers 93 von der Antriebswelle 4 getragen.
Die Nockenscheiben 13 können mit Hilfe eines Kugellagers an dem Nabenwulst 86 befestigt werden. Der Nabenwulst 86 des Ritzels kann entfallen, so daß das Ritzel 12 mit Hilfe eines Lagers an der Antriebswelle 4 befestigt werden kann. Diese Möglichkeit wird bevorzugt, um eine störungsfreie Bewegung der Nockenscheibe zu gewährleisten.
Die Nockenscheiben 13A, 13B, 13C, 13D sind in den Fig. 5 und 11 dargestellt. Wie aus der Fig. 11 deutlich wird, hat die Nockenscheibe 13 eine Konfiguration, welche so konzipiert ist, daß die Länge H (= R1 + R2) zwischen zwei parallelen Linien konstant ist.
Die Auslegung der Nockenscheibe 13 wird nachstehend beschrieben.
Wie in der Fig. 11 dargestellt, werden als erstes die als Bezug dienenden Scheitelpunkte P1, P2, P3 bestimmt. Die Scheitelpunkte werden in konstanten Intervallen über den Umfang verteilt. In der dargestellten Ausführungsart bilden die Scheitelpunkte P1, P2, P3 den Spitzenwinkel eines gleichschenkligen Dreiecks.
Als nächstes werden von den Spitzenwinkeln des gleichschenkligen Dreiecks (P1-P2-P3) ein großer Bogen C2 (mit einem Krümmungsradius R2) und ein kleiner Bogen C2 (mit einem Krümmungsradius R1) in diagonalen Positionen über einen Winkel von 60º an den Krümmungsradii R1, R2 gezogen (R1 < R2; R2 ist länger, als eine Seite des gleichschenkligen Dreiecks). Anschließend werden sie nacheinander miteinander gefluchtet.
Der Krümmungsradius R1 wird dem Radius des Teilkreises des Ritzels 12 angenähert. Die Gesamtlänge der Krümmungsradii H (= R1 + R2) entspricht dem Abstand zwischen den gegenüberliegenden Kurvenflächen 11, 11 des Gleitrahmens 9. Zum Beispiel ist der Krümmungsradius R2 2,7 bis 3,0 mal größer als der Krümmungsradius R1. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf begrenzt.
Die Nockenscheiben 13A, 13B, 13C, 13D enthalten zum Beispiel eine Wellenbohrung 87, wie dies in der Fig. 5 dargestellt ist. Die Wellenbohrung 87 ist an dem Spitzenwinkel des als Referenz dienenden gleichschenkligen Dreiecks angeordnet. Die Sicke 86 der Ritzel 12A, 12B, 12C ist konzentrisch in die Wellenbohrung 87 eingesteckt.
In der beschriebenen Ausführungsart ist der Teilkreis des an der Nockenscheibe 13 befestigten Ritzels 12 in einem Abstand von 1,5 mm gegen die Innenseite des kleinen Bogens C1 mit dem Krümmungsradius R1 der Nockenscheibe angeordnet. Wenn also die Kurvenflächen 11, 11 entlang dem Profil einer Nockenscheibe 13 geführt werden und der Gleitrahmen 9 gedreht wird, wird der Teilkreis der Zahnstange 10 konstant im Kontakt mit dem Teilkreis des Ritzels 12 bewegt.
Wenn man also die relative Position so festlegt, daß der Teilkreis des Ritzels 12 und der Zahnstange 10 miteinander in Kontakt stehen, wenn der Gleitrahmen 9 gedreht wird, während er von der Nockenscheibe 13 geführt wird, so ist der Eingriff der Zahnräder in vorteilhafter Weise gewährleistet und wird leichtgängig erreicht. Eine solche Wirkung kann mit einem klassischen Gangschaltungssystem nicht erreicht werden.
Die Nockenscheibe 13A trägt drehend den Schwinghebel 23, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. Ein Aufnahmezylinder 54 (Fig. 2) des Schwinghebels 23 ist in die Wellenbohrung 86 in der Nockenscheibe 13A eingeschoben. In dieser Anordnung kann ein Lager vorgesehen werden.
Die in der Fig. 5 dargestellten Nockenscheiben 13A, 13B, 13C, 13D sind jeweils an der gleichen Stelle mit einer Öffnung 89 versehen. Auf diese Weise werden die Nockenscheiben 13A, 13B, 13C, 13D integral befestigt, indem man einen Schraubenbolzen 90 in die Öffnung 89 so einführt, daß sie miteinander fluchten.
Die Nockenscheiben 13A, 13B, 13C, 13D wirken mit der Schiene 5 zusammen, um eine Bewegungsbahn der Zahnstange 10 gegenüber den Ritzeln 12A, 12B, 12C dadurch zu bilden, daß sie gleichzeitig mit den gegenüberliegenden Kurvenflächen 11, 11 in Kontakt treten. Auf diese Weise kann der Gleitrahmen 9 die Schiene 5 bewegen, während das Antriebsgehäuse 2 gedreht wird.
Außerdem sind die Nockenscheiben 13A und 13D mit einer Sicke 92 versehen, welche sich in oberer und unterer Richtung erstreckt. Die Sicke 92 besitzt parallel zueinander verlaufende ebene Flächen 92A, 92A, sowie gekrümmte Flächen 92B, 92B, welche die beiden Enden der ebenen Flächen verbinden.
Zweckmäßigerweise ist die Konfiguration und die Montageposition der Nockenscheiben 13 wie vorstehend beschrieben beschaffen, so daß der Teilkreis des Ritzels 12 und der Zahnstange 10 miteinander in Kontakt stehen, damit:
(a) die Anzahl der zwischen der Zahnstange 10 und dem Ritzel 12 in Eingriff stehenden Zähne erhöht werden kann;
(b) sich das Rotationszentrum des Gleitrahmens 9 nacheinander durch die Spitzenwinkel des gleichschenkligen Dreiecks insbesondere dann bewegen kann, wenn der Mittelpunkt der Nockenscheiben 13A, 13B, 13C, 13D mit der zentralen Rotationsachse CL zusammenfällt Csiehe Fig. 17), die Umlaufgeschwindigkeit einer der beiden sich dem Ritzel nähernden Zahnstangen 10 reduziert wird und die Zahnstange 10 leichtgängig mit dem Ritzel 12 in Eingriff gebracht werden kann; und
Cc) unregelmäßige Drehbewegungen reduziert werden.
Die Verstellmittel 3 besitzt einen drehbaren Eingabezylinder 20 (Eingabemittel), ein Vorgelegerad 21 (Mittel für die Übertragung des Drehmomentes), einen Drehrahmen 22, einen Schwinghebel 23 und einen Widerstand 25, wie dies in den Fig. 1, 2, 3, 4, 7 und 8 dargestellt ist.
Der Eingabezylinder 20 wird zum Beispiel über ein Lager von der in der Seite eines Auslaßendes angeordneten starren Welle 29 getragen. Das andere Ende ist drehbar an einem Kurbelgehäuse 110 befestigt.
Das Kurbelgehäuse 110 enthält zum Beispiel einen Zylinder 111 und einen Flansch 112, wie dies in der Fig. 7 dargestellt ist. Der Zylinder 111 ist an der starren Welle 29 über eine Einwegkupplung 30 befestigt. In der beschriebenen Ausführungsart ist das Kurbelgehäuse 110 gegenüber der starren Welle nur im Uhrzeigersinn drehbar. Das heißt, es kann nicht entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden.
An einem Ende des Eingabezylinders 20 ist ein Kettenrad 43 befestigt. Das Kettenrad 43 liegt offen an der Außenseite des Antriebsgehäuses 2. Das Kettenrad 43 ist zum Beispiel mit einer Kette C ausgestattet, welche durch das Pedal P des Fahrrades gedreht werden kann, wie dies in der Fig. 22 dargestellt ist.
Der Eingabezylinder 20 besitzt an einem seiner Enden ein Zahnrad 45, wie dies in der Fig. 7 dargestellt ist. Das Zahnrad 45 ist so geformt, daß es in das Vorgelegerad 21 eingreift.
Der Drehrahmen 22 besteht aus einer äußeren Abdeckung 46 und einer inneren Abdeckung 47, welche fest miteinander verbunden sind, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. Die äußere Abdeckung 46 wird von dem Deckel 28 drehbar gehalten. Eine Halterung 46B (dargestellt in Fig. 7) der äußeren Abdeckung 46 ist an dem Flansch 112 des Kurbelgehäuses 110 befestigt.
Daher kann der Drehrahmen 22 nur im Uhrzeigersinn gedreht werden. Die Umdrehung des Drehrahmens 22 im Uhrzeigersinn ist vorzuziehen, da sie es dem Fahrrad erlaubt, sich nach vorwärts zu bewegen und dazu dient, eine Blockierung zu verhindern, wenn das Gangschaltungssystem ausfällt.
Die innere Abdeckung 47 hat zum Beispiel die Form eines kreisförmigen Ringes 59, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist. Die innere Abdeckung 47 besitzt an ihrer Innenseite eine kreisförmige Öffnung 60. Die innere Abdeckung 47 besitzt ebenfalls einen Stift 49, welcher sich gegen die äußere Abdeckung 46 erstreckt, sowie Montagesitze 65 (an drei Stellen), und schließlich eine Lagerwelle 69 od.dgl.
Die äußere Abdeckung 46 ist zweckmäßigerweise mit einer Öffnung für den Montagestift 49 versehen und die Montagewelle 66 (dargestellt in Fig. 1) wird in den Montagesitz 65 od.dgl. eingeschoben. Wie in der Fig. 3 gezeigt, ist die innere Abdeckung 47 außerdem mit einem konvexen Teil 61 in der kreisförmigen Öffnung versehen. Der konvexe Teil 61 erstreckt sich vorn Umfang der kreisförmigen Öffnung 60 nach innen. Der äußere Umfang der inneren Abdeckung 47 besitzt einen konkaven Eingriffsteil 62 mit einer gekrümmten Fläche 62A. Die gekrümmte Fläche 62A bildet einen auf den Stift 49 zentrierten Bogen.
Der Schwinghebel 23 besitzt eine Nabenwulst 57, welche als Schwenklager dient. Die Nabenwulst 57 wird von dem Stift 49 in der inneren Abdeckung 47 drehbar gehalten. An einem Ende der Nabenwulst 57 ist ein Arm 53 ausgebildet. Die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt des Zylinders 2A gesehen von der Seite der Brernstrommel BD.
An einem Ende des Armteils 53 ist ein Eingriffsstift 56 ausgebildet, welcher sich gegen die innere Abdeckung 47 erstreckt. An einem Ende des Arrnteils 53 ist zum Beispiel auch ein Lagerstift 67 ausgebildet, welcher sich gegen die äußere Abdeckung 46 erstreckt.
Der Eingriffsstift 56 bewegt sich entlang der gekrümmten Fläche 62A und tritt mit dem konkaven Eingriffsteil 62 in Eingriff. Dadurch wird die schwingende Trennbewegung (wird später beschrieben) des Schwinghebels 23 unterbrochen. Der Eingriffsstift 56 des Schwinghebels 23 wird in einen Schlitz 99 in einer Zusatzplatte 27 eingeschoben, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist.
Der Lagerstift 67 trägt das Ende einer Feder 68 mit einer niedrigen Federkonstante. Das andere Ende der Feder 68 wird von der Lagerwelle 69 getragen. Wenn also der Schwinghebel 23 entgegen dem Uhrzeigersinn um den als Halterungspunkt dienenden Nabenwulst 57 gedreht wird, so wird die Feder 68 gelängt und entwickelt eine geringe Rückstellkraft. Die Feder 68 kann auch entfallen.
In dem anderen Ende des Nabenwulstes 57 ist ein Segment 24 mit einer Verzahnung 26 ausgebildet. Das Segment 24 bildet den Aufnahmezylinder 54. Der Aufnahmezylinder trägt drehend die Antriebswelle 4.
Die Verzahnung 26 wird durch einen Teilkreis gebildet, welcher um die Nabenwulst 57 zentriert ist. Der Nabenwulst 54 und der Aufnahmezylinder 54 haben einen axialen Mittelpunkt, welcher parallel zu der zentralen Rotationsachse CL verläuft. Die Antriebswelle 4 ist daher parallel zu der zentralen Rotationsachse CL des Antriebsgehäuses 2 angeordnet.
Die Zusatzplatte 27 besitzt zum Beispiel ein ringförmiges Teil 95, welches sich konzentrisch gegenüber der inneren Abdeckung 47 dreht. Die Zusatzplatte 27 ermöglicht es, daß ein an ihrem Umfang angeordneter ringförmiger Vorsprung 96 in einer ringförmigen Nut 63 in der inneren Abdeckung 47 geführt wird. Der Schlitz 99 ist in einem Anschlag 97 ausgebildet.
Die Zusatzplatte 27 ist mit einem Führungsrahmen 100 versehen, welcher eine weitgehend rechteckige Öffnung 101 aufweist. Der Führungsrahrnen 100 besitzt parallel zueinander angeordnete Führungsteile 102, sowie gekrümmte Teile 103, welche die gegenüberliegenden Enden der Führungsteile miteinander verbinden.
Die maximale Abmessung der Außenfläche der gekrümmten Teile 103, 103 ist so beschaffen, daß sie in die kreisförmige Öffnung 60 in der inneren Abdeckung 47 eingeschoben werden können. In der beschriebenen Ausführungsart entspricht die maximale Abmessung der gekrümmten Teile 103, 103 weitgehend dem Durchmesser der kreisförmigen Öffnung 60.
Auf diese Weise wird die Zusatzplatte 27 durch die kreisförmige Öffnung 60 geführt und dreht sich konzentrisch gegenüber dem Drehrahmen 22. die Führungsteile 102, 102 können ebenfalls die Sicke 92 Cdargestellt in Fig. 5) der Nockenscheibe 13A führen.
Im Einzelnen sind die ebenen Flächen 92A, 92A der Sicke 92 zwischen den Führungsteilen 102, 102 der Zusatzplatte 27 angeordnet. Daher kann die Antriebswelle 4 über einen vorbestimmten Bereich entlang dem Furhrungsteil 102 gleiten.
Die Sicke 92 der Nockenscheibe 13D wird durch einen Führungsrahmen 104 der Montageplatte 17 beweglich gehalten, wie dies in der Fig. 7 dargestellt ist. Die Montageplatte 17 ist schwenkbar gelagert, damit sie sich gegenüber der Abdeckung 2C drehen kann. In gleicher Weise, wie der Drehrahmen 22 wird auch die Montageplatte 17 mit Hilfe einer Einwegkupplung daran gehindert, sich entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen.
Der Führungsrahmen 104 der Montageplatte 17 enthält parallel zueinander angeordnete Führungselemente 105, sowie gekrümmte Teile 106, welche die gegenüberliegenden Enden der Führungselemente miteinander verbinden. Der Führungsrahmen 104 besitzt an seiner Innenseite eine Vertiefung 109 und trägt gleitend die Sicke 92 der Nockenscheibe 13D.
Die Sicke 92 der Nockenscheibe 13A wird von einem Führungsrahmen 101 der Zusatzplatte 27 getragen. Die Sicke 92 der Nockenscheibe 13D wird von dem Führungsrahmen 104 der Montageplatte 17 getragen. Mit Hilfe der Führungsrahmen 104, 104 kann die Antriebswelle 4 senkrecht zu der zentralen Rotationsachse CL des Antriebsgehäuses 2 bewegt werden. Die Bewegung wird durch eine Pendelbewegung des (später beschriebenen) Schwinghebels 23 erreicht.
Das Vorgelegerad 21 überträgt ein Drehmoment zwischen dem Eingabezylinder 20 und der Antriebswelle 4. Das Vorgelegerad 21 ist zum Beispiel mit Hilfe des Stiftes 49 zwischen den äußeren und inneren Abdeckungen 46 und 47 drehend gelagert, wie dies in der Fig. 1 dargestellt ist. Das Vorgelegerad 21 ist integral mit einer ersten Verzahnung 51 und einer zweiten Verzahnung 52 ausgebildet, wie dies in den Fig. 3 und 7 dargestellt ist.
Die erste Verzahnung 51 greift in das Zahnrad 45 des Eingabezylinders 20 ein Csiehe Fig. 7). Die äußere Abdeckung 46 ist mit einer Eingriffsnocke 46A ausgestattet. Die zweite Verzahnung 52 ist mit dem Antrieb 50 der Antriebswelle 4 verzahnt.
Der Widerstand 25 besitzt ein erstes Drehelement 70, eine Einwegnocke 71, ein zweites Drehelement 72 und eine Rutschkupplung 73, wie dies in den Fig. 3, 8 und 10 gezeigt ist, und ist zum Beispiel in dem Drehrahmen 22 montiert.
Das erste Drehelement 70 enthält zum Beispiel ein Zahnrad, welches mit dem Getriebeteil 26 in dem Schwinghebel im Eingriff steht, wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist. Das erste Drehelement 70 ist mit Hilfe einer Muffe od.dgl. frei drehend an einer Welle 74 angeordnet, wie dies in der Fig. 8 dargestellt ist. Außerdem steht das erste Drehelement 70 mit einem Zahnrad 75 im Eingriff. Das Zahnrad 75 ist mit Hilfe einer Keilverbindung od.dgl. mit der drehenden Welle 76 verbunden.
Die Drehelemente können durch einen Mechanismus für die Drehmomentübertragung ersetzt werden, welcher in Kombination aus einem Riemen, einer Kette, einem Keilriemen, einem Kettenrad od.dgl. besteht.
Das zweite Drehelement 72 ist ein Zahnrad, welches über eine unidirektional drehende Nocke 71 dem Drehmoment des ersten Drehelementes 70 unterzogen wird. Das zweite Drehelement 72 ist mit Hilfe der unidirektional drehenden Nocke 71 an der drehenden Welle 76 befestigt.
Die unidirektional drehende Nocke 71 besitzt eine Nocke 71B, welche zwischen den inneren und äußeren Rädern 71A und 71C angeordnet ist. Sie ist jedoch nicht darauf beschränkt und die Nocke kann direkt in der drehenden Welle angeordnet werden. In der beschriebenen Ausführungsart überträgt die unidirektional drehende Nocke 71 nur ein entgegen dem Uhrzeigersinn verlaufendes Drehmoment der drehenden Welle 76 auf das zweite Drehelement 72.
Daher wird das im Uhrzeigersinn übertragene Drehmoment der drehenden Welle 76 nicht auf das zweite Drehelement 72 übertragen, so daß sich die drehende Welle 76 im Leerlauf befindet. Das bedeutet, daß nur das durch die (später beschriebene) Pendelbewegung des Schwinghebels erzeugte Drehmoment des ersten Drehelementes 70 auf das zweite Drehelement 72 übertragen wird.
Das zweite Drehelement 72 greift in einen Getriebezug ein, um die Drehgeschwindigkeit des ersten Drehelementes 70 zu erhöhen. Ein Endabschnitt des Getriebezuges ist mit der Rutschkupplung 73 verbunden.
Der Getriebezug enthält ein Zahnrad 77, welches koaxial zu dem ersten Drehelement 70 angeordnet ist, ein Leerlaufrad 79 mit integralen oberen und unteren Zahnrädern, ein koaxial mit dem Zahnrad 77 und dem Zahnrad 81 (letzes Zahnrad) angeordnetes Zahnrad 80, welches drehend von dem zweiten Drehelement 72 getragen wird. Der Getriebezug ist so ausgelegt, daß er selbst eine leichte Pendelbewegung des Schwinghebels 23 verstärken und sie auf die Rutschkupplung 73 übertragen kann. Der Getriebezug kann entfallen oder in geeigneter Weise verändert werden, indem man die Anzahl der Stufen od.dgl. verändert.
Die Rutschkupplung 73 ist eine Trockenkupplung, welche zum Beispiel eine starre Welle 114, zwei Arten von Treibscheiben 115, 116 und ein drehbares Gehäuse 117 aufweist, wie dies in den Fig. 8 und 10 dargestellt ist.
Die starre Welle 114 hat zum Beispiel einen Querschnitt, welcher nicht kreisförmig ist. Die steife Welle 114 wird in eine Lagerbohrung 119 eingeschoben. Die Lagerbohrung 119 hat einen Querschnitt, welcher weitgehend gleich dem Querschnitt der starren Welle 114 ist. Daher wird die starre Welle 114 reibschlüssig gehalten. Die starre Welle 114 enthält einen Schraubendurchgang 114A.
Zwei Arten von Treibscheiben 115, 116 werden mit Hilfe einer Feder 107 abwechselnd in die starre Welle 114 eingefügt. Die Treibscheibe besteht aus einer Vielzahl von jeweils stationären Treibscheiben 115 und drehenden Treibscheiben 116.
Die stationären Treibscheiben 115 besitzen eine Bohrung lisa, deren Form dem Querschnitt der starren Welle 114 entspricht. Auf diese Weise wird die stationäre Treibscheibe 115 daran gehindert, sich gegenüber der starren Welle 114 zu drehen.
Die drehbare Treibscheibe 116 besitzt eine kreisförmige Öffnung 116A, die es ihr ermöglicht, sich gegenüber der starren Welle 114 zu drehen. An gegenüberliegenden Seiten der drehbaren Treibscheibe 116 sind Vorsprünge 116B, 116B ausgebildet.
Das drehbare Gehäuse 117 besitzt eine Verzahnung 119. Die Verzahnung 119 steht mit dem letzten Zahnrad 81 des Getriebezuges in Eingriff. Das drehbare Gehäuse 117 besitzt außerdem zwei Nuten 120, 120, welche sich axial an der Innenseite erstrecken, um die Vorsprünge 116B aufzunehmen. Die drehbare Treibscheibe 116 ist daher in das drehbare Gehäuse 117 integriert.
Das drehbare Gehäuse 117 kann mit Hilfe einer Schraube 121 an der starren Welle 114 befestigt werden. Die stationäre Treibscheibe 115 und die drehbare Treibscheibe 116 werden mit Hilfe der Feder 107 und des drehbaren Gehäuses 117 fest gegeneinander gedrückt. Die Betätigung der Rutschkupplung 73 wird nachstehend beschrieben.
Ein auf die Verzahnung 119 beaufschlagtes Drehmoment zwingt das drehbare Gehäuse 117, sich zusammen mit der drehbaren Treibscheibe 116 zu drehen. Die drehbare Treibscheibe 116 kann jedoch aufgrund einer zwischen ihr selbst und der stationären Treibscheibe 115 erzeugten Reibkraft nicht leicht gedreht werden.
Wenn die Eingabe niedriger ist, als die Reibkraft, so wird das drehbare Gehäuse 117 in einem stationären Zustand gehalten. Anders gesagt, dient die Rutschkupplung 73 als Widerstand gegen die Eingabe. Wenn die Eingabe höher ist, als die Reibkraft, so beginnen zwei Arten von Treibscheiben 115, 116 miteinander zu gleiten und das drehbare Gehäuse 117 wird gegenüber der starren Welle 114 gedreht.
Die Reibkraft kann dadurch verändert werden, daß die Spannkraft der Schraube 121 verändert wird. Zu diesem Zweck ist eine Justierbohrung 122 sowohl in der äußeren Abdeckung 46 als auch in dem Deckel 2B vorgesehen. Auf diese Weise kann der Widerstand (die Reibkraft) wie gewünscht eingestellt und die Regulierung in einfacher Weise durchgeführt werden. Die in dem Deckel 2B ausgebildete Justierbohrung 122 wird üblicherweise durch einen Deckel od.dgl. verschlossen, um das Antriebsgehäuse 2 abzuschließen.
In der Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsart des Widerstandes 25 dargestellt. In dieser Ausführungsart enthält ein erstes Drehelement 70 ein Zahnrad, welches direkt mit der Verzahnung 26 des Schwinghebels 23 verbunden ist. Das erste Drehelement 70 wird integral mit einer drehenden Welle 76 gedreht.
Ein zweites Drehelement 72 enthält ein Zahnrad, welches mit Hilfe einer unidirektional drehenden Nocke 71' an der drehenden Welle 76 befestigt ist. Das Zahnrad des zweiten Drehelementes 72 ist direkt mit der Verzahnung 119 der Rutschkupplung 73 verbunden.
Die unidirektional drehende Nocke 71' kann nur ein Drehmoment im Uhrzeigersinn der drehenden Welle 76 auf das zweite Drehelement 72 übertragen. Die unidirektional drehbare Nocke 71' kann daher kein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn der drehenden Welle 76 auf das Drehelement 72 übertragen. Daher ist es gegenüber der ersten Ausführungsart umgekehrt gefluchtet.
In der beschriebenen Ausführungsart ist ein zusätzlicher Getriebezug für die Erhöhung der Drehgeschwindigkeit des ersten Drehelementes 70 nicht vorgesehen. Daher hat das Zahnrad des zweiten Drehelementes 72 einen größeren Teilkreis als die Verzahnung 119 der Rutschkupplung 73 und dient der Beschleunigung. Da in der beschriebenen Ausführungsart kein Getriebezug für die Beschleunigung eingesetzt wird, können die Abmessungen und Herstellkosten deutlich reduziert und eine Vereinfachung der Struktur des Systems erreicht werden.
Die Rutschkupplung 73 kann im Falle einer Trockenkupplung eine Einscheibenkupplung sein und die Reibfläche kann in Form einer konischen Fläche od.dgl. ausgebildet werden. Alternativ zu der Trockenkupplung kann auch eine Naßkupplung eingesetzt werden.
Nachstehend wird die Bedienung des erfindungsgemäß konstruierten Gangschaltungssystem 1 beschrieben.
Wenn das Fahrrad M abgestellt wird, befindet sich der Schwinghebel 23 in der in der Fig. 12 dargestellten Position, gesehen von der Seite des Kettenrades 43. In diesem Zustand sind das Zentrum der Antriebswelle 4 und die zentrale Rotationsachse CL des angetriebenesn Gehäuses 2 koaxial zueinander angeordnet.
Um das Fahrrad M zu bewegen, wird das Pedal P gedreht. Das auf das Pedal P beaufschlagte Drehmoment wird über die Kette C auf das Kettenrad 43 übertragen. Mit Hilfe des eingegebenen Drehmomentes wird das Kettenrad 43 im Uhrzeigersinn gedreht.
Das eingegebene Drehmoment wird auch auf das Vorgelegerad 21 übertragen. Um jedoch den Antrieb 50 aus der Parkposition des Fahrrades M zu drehen, ist ein hohes Drehmoment erforderlich.
Das Vorgelegerad 21 wird dem Einlaßmoment und einer Reaktionskraft unterzogen, welche durch die hohe Belastung des Antriebs 50 verursacht wird und bewirkt die Umdrehung des Drehrahmens 22 entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Umdrehung des Drehrahmens 22 entgegen dem Uhrzeigersinn wird jedoch mit Hilfe der Einwegkupplung 30 begrenzt.
Obwohl die Rutschkupplung 73 Widerstand gegen die Kippbewegung des Schwinghebels 23 leistet, wird die Widerstandskraft auf einen Wert eingestellt, welcher niedriger als das Drehmoment ist (nachstehend als Lastmoment bezeichnet), welches notwendig ist, um die Umdrehung des Antriebs 50 einzuleiten.
Wenn also das Einlaßmoment den Widerstand der Rutschkupplung 73 überwindet, wird das Vorgelegerad 21 integral mit dem Antrieb 50 (Antriebswelle 4) auf dem stationär gehaltenenen Drehrahmen 22 gedreht. Die Umdrehung erfolgt entgegen dem Uhrzeigersinn um den Stift 49.
Wie man deutlich erkennen kann, dreht sich der Schwinghebel 23 ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn um den Stift 49 (aus der in der Fig. 12 gezeigten Position in die in der Fig. 13 gezeigte Position). Die Kippbewegung ist eine pendelnde Trennbewegung, um die Antriebswelle 4 von der zentralen Rotationsachse CL wegzubewegen. Der Schwinghebel 23 dreht mit Hilfe des Eingriffsstiftes 56 die Zusatzplatte 27 entgegen dem Uhrzeigersinn. Außerdem längt der Schwinghebel 23 die Feder 68.
Wie in den Fig. 12 und 13 dargestellt, wird die Antriebswelle 4 durch den Führungsrahmen 100 der Zusatzplatte 27 drehend geführt (ebenso wie der Führungsrahmen 104 der Montageplatte 17) und über einen Abstand V in senkrechter Richtung zu der zentralen Rotationsachse CL bewegt. In anderen Worten, die Antriebswelle 4 wird von der zentralen Rotationsachse CL dezentriert. Die Zusatzplatte 27 und die Montageplatte 17 tragen dazu bei, daß die Dezentrierung leichtgängig verlaufen kann.
Bei diesem Vorgang unterbricht die Zusatzplatte 27 die Umdrehung, indem sie den Führungsrahmen 110 mit dem konvexen Eingriffsteil 61 in der kreisförmigen Öffnung 60 in Kontakt bringt. Die Nockenscheiben 13A, 13B, 13C, 13D werden entlang den Führungsrahmen 100 und 104 der Zusatzplatte 27 und der Montageplatte 17 weitgehend in das Zentrum des Antriebsgehäuses 2 bewegt.
Die Pendelbewegung des Schwinghebels 23 bewirkt ebenfalls die Umdrehung des ersten Drehelementes 70 im Uhrzeigersinn. In dieser Ausführungsart (Fig. 8) bewirkt das Drehmoment mit Hilfe des Zahnrades 75 die Umdrehung der Drehwelle 76 entgegen dem Uhrzeigersinn.
Die unidirektional drehende Nocke 71 überträgt das Drehmoment auf das zweite Drehelement 72. Dagegen wird das Drehmoment des zweiten Drehelementes 72 auf die Rutschkupplung 73 übertragen. Daher wird ein Widerstand auf die pendelnde Trennbewegung des Schwinghebels 23 ausgeübt. Der Widerstand ist notwendig, um eine häufige pendelnde Trennbewegung des Schwinghebels 23 aufgrund einer niedrigen Eingabe oder einer Veränderung der Eingabe zu verhindern.
Wenn das Einlaßmoment größer ist, als das Lastmoment, wird der Antrieb 50 (die Antriebswelle 4) im Uhrzeigersinn in die exzentrische Position gedreht. Auf diese Weise tritt das Ritzel 12A mit einer der beiden Zahnstangen 10 in Kontakt.
Wie in der Fig. 14 dargestellt, drückt das im Uhrzeigersinn gedrehte Ritzel 12A die damit in Eingriff stehende Zahnstange 10 gegen den Teilkreis Cdargestellt in der Figur). Der Gleitrahmen 9A wird daran gehindert; sich über die Schiene 5(5a) gegen den Teilkreis der Zahhstange 10 zu bewegen. Der Gleitrahmen 9A wird durch die Nockenscheibe 13A ebenfalls. daran gehindert, sich senkrecht in Richtung des Teilkreises zu bewegen. Der Gleitrahmen 9A wird daher mit Hilfe der Zahnstange 10 um die Nockenscheibe 13A gedreht.
Der Gleitrahmen 9A beaufschlagt mit Hilfe der Schiene 5(5a) ein Drehmoment im Uhrzeigersinn (dargestellt in der Figur) rund um die zentrale Rotationsachse CL auf das Antriebsgehäuse 2.
In diesem Fall kann eine der Zahnstangen 10 in kontinuierlichen Eingriff mit einem Teilkreis über einen Rotationswinkel von 60º des Antriebsgehäuses 2 gebracht werden. Wenn der Eingriff gelöst und das Antriebsgehäuse 2 um 120º gedreht wird, so tritt die andere der beiden Zahnstangen 10 mit dem Ritzel 12A in Eingriff.
Auf diese Weise werden die beiden Zahnstangen 10 mit dem Ritzel 12A über einen Winkel von 180º des Antriebsgehäuses 2 in Eingriff gebracht. Die beiden Zahnstangen 10 ergeben eine Summe von Eingriffswinkeln von 120º im Laufe einer Umdrehung des Antriebsgehäuses 2.
In der beschriebenen Ausführungsart sind drei Paar Zahnstangen 10 (insgesamt sechs Zahnstangen) vorgesehen. Drei Paar Zahnstangen 10 sind in einem Winkelabstand von 120º voneinander angeordnet. Daher bilden drei Paar Zahnstangen 10 eine Summe von Eingriffswinkeln von 360º im Laufe einer Umdrehung des Antriebsgehäuses 2. Die Ritzel 12A, 12B, 12C treten ebenfalls nacheinander immer dann mit den Zahnstangen 10 in Eingriff, wenn das Antriebsgehäuse 2 um 60º gedreht wird.
Dies bedeutet, daß im Laufe einer Umdrehung des Antriebsgehäuses ein Eingriff zwischen mindestens einem Satz Ritzel 12 und einer Zahnstange 10 hergestellt wird. In der beschriebenen Ausführungsart arbeitet jede der Zahnstangen über eine Umdrehung des Antriebsgehäuses 2 von 60º. Der Vorgang erfolgt, als ob eine virtuelle Innenverzahnung vorhanden wäre.
Bei einem solchen Gangschaltungsystem 1 werden keine unregelmäßigen Umdrehungen erzeugt und es ist für die Übertragung von Drehmomenten von großem Vorteil.
In den Fig. 14, 15 und 16 ist die relative Position der Ritzel 12A, 12B, 12C und der Zahnstange 10 dargestellt. Sie sind überlagert dargestellt und mit Hilfe der virtuellen Linie in Fig. 17 gezeigt. Die Zahnstangen 10 werden dadurch unterschieden, daß man die Buchstaben A, B und C den Gleitrahmen 9A, 9B und 9C zuordnet.
Wie man in der Fig. 17 deutlich erkennen kann, welche eine überlagerte Draufsicht darstellt, dienen die drei Paar Zahnstangen 10A, 10A, 10B, 10B, 10C, 10C als virtuelle Innenverzahnung, welche um die zentrale Rotationsachse CL entlang dem äußeren Umfang der Nockenscheibe 13 also in stationärem Zustand zentriert ist. Es ist zu beachten, daß die Zahnstangen 10A, 10B, 10C nacheinander mit den Ritzeln 12A, 12B, 12C in Eingriff gebracht werden. Die Teilkreise der Zahnstangen 10 schneiden einander in einem Winkel von 120º (für den Schnittwinkel wird ein größerer Winkel gemessen). Daher wird das hintere Rad 32 mit Hilfe des Antriebsgehäuses 2 gedreht und das Fahrrad M bewegt sich vorwärts.
Beim Anfahren des Fahrrades M entspricht die Drehgeschwindigkeit des Antriebsgehäuses 2 im allgemeinen der Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 4, reduziert um das Untersetzungsverhältnis Rr. Das Untersetzungsverhältnis Rr entspricht der nachstehenden Formel (1):
Rr = PD/RM ..... (1)
Darin ist PD (mm) der Radius des Teilkreises des Ritzels 12 und RM Cmm) ist der Abstand zwischen der zentralen Rotationsachse CL und der Position des Eingriffs zwischen dem Ritzel 12 und der Zahnstange 10.
Wenn also das Fahrrad M nach vorne bewegt werden soll, sorgt das Gangschaltungssystem 1 mit Hilfe der Antriebswelle 4 automatisch für den Gangwechsel. Bei diesem Gangwechsel wird der Abstand RM erhöht und das Einlaßmoment ergibt ein hohes Auslaßmoment. Dieser Gangwechsel wird vorzugsweise beim Starten des Fahrrades verwendet.
Nachdem das Fahrrad M gestartet worden ist, kann die Drehgeschwindigkeit des Antriebsgehäuses 2 höher sein, als die Drehgeschwindigkeit der Antriebswelle 4. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn das Fahrrad M auf einer abschüssigen Fahrbahn rollt, bei dem das Hinterrad im Leerlauf ist. In diesem Fall reduziert sich das Lastmoment des Antriebsgehäuses auf Null.
Wenn das Lastmoment des Antriebsgehäuses 2 reduziert wird, so dreht der Antrieb 50 das Vorgelegerad 21 entsprechend der Reduzierung des Lastmomentes und der unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit im Uhrzeigersinn. Diese Betätigung des Antriebes so ist mit einer Pendelbewegung des Schwinghebels 23 um den Stift 49 im Uhrzeigersinn verbunden. Nachstehend wird diese Pendelbewegung des Schwinghebels 23 als "Wiederherstellung der Pendelbewegung" bezeichnet.
Die Wiederherstellung der Pendelbewegung wird von einer niedrigen Rückstellkraft der Feder 68 begleitet, welche sich in der eingezogenen Stellung befindet, und erfolgt in leichtgängiger Weise, ohne durch die mechanische Reibung eines Lagers od.dgl. beeinflußt zu werden. Die zusätzliche Kraft der Feder 68 ist nicht unbedingt erforderlich, um die Wiederherstellung der Pendelbewegung zu erreichen. Die Wiederherstellung der Pendelbewegung ist unabhängig von dem Einlaßmoment des Pedals und wird vollständig durch die Last des Antriebsgehäuses 2 erzeugt.
Durch die Wiederherstellung der Pendelbewegung des Schwinghebels 23 wird die Antriebswelle 4 in die Richtung der Wiederherstellung aus der Exzentrizität bewegt. In der beschriebenen Ausführungsart fällt, wenn das Lastmoment des Antriebsgehäuses Null ist, die Antriebswelle 4 mit der zentralen Rotationsachse CL zusammen, wie dies in der Fig. 12 dargestellt ist.
Die Wiederherstellung der Schwingbewegung bewirkt, daß sich das erste Drehelement 70 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Dagegen dreht das erste Drehelement 70 die drehende Welle 76 mit Hilfe des Zahnrades 75 in Richtung des Uhrzeigersinnes. Aufgrund der unidirektional drehenden Nocke 71 wird das Drehmoment im Uhrzeigersinn der drehenden Welle 76 nicht auf das zweite drehende Element 72 übertragen und die drehende Welle läuft im Leerlauf.
Als Ergebnis wird die Wiederherstellung der Schwingbewegung des Schwinghebels 23 keinem durch die Rutschkupplung 73 erzeugten Widerstand unterworfen. Auf diese Weise wird der Schwinghebel 23 der niedrigen zusätzlichen Kraft der Feder 68 unterworfen und leichtgängig in die Ausgangsposition zurückgeführt.
Der Widerstand 25 erzeugt nur dann eine Widerstandskraft gegen den Schwinghebel 23, wenn in einen niedrigeren Gang geschaltet wird. Daher kann mit dem erfindungsgemäßen Gangschaltungssystem 1 ein häufiges Schalten in einen niedrigeren Gang vermieden werden, welcher durch eine Veränderung des eingegebenen Drehmomentes oder ein geringes Drehmoment od.dgl. erforderlich wird. Außerdem wird das Schalten in einen höheren Gang ohne die Widerstandskraft des Widerstandes 25 entsprechend der auf die Antriebswelle 4 ausgeübten Last erreicht.
Wenn in der Antriebswelle 4 die Exzentrizität V reduziert wird, so wird der Abstand RM zwischen der zentralen Rotationsachse CL und der Position des Eingriffs zwischen der Zahnstange 10 und dem Ritzel 12 ebenfalls verringert. In diesem Fall ist der Radius des Teilkreises des Ritzels 12 konstant. Wenn also der Abstand RM verringert wird, wird das in der Formel (1) angegebene Untersetzungsverhältnis dementsprechend erhöht. Als Ergebnis wird dieser gewünschte Wechsel in einen höheren Gang dadurch erreicht, daß die Drehgeschwindigkeit des Hinterrades 32 des Fahrrades M durch das Eingabemoment aus dem Eingabezylinder 20 erhöht wird und das Fahrrad kann dann schneller fahren.
Bei einem klassischen Gangschaltungssystem für Fahrräder ist es notwendig, daß der Fahrer einen Hebel betätigt, um den Eingriff der Zahnräder mechanisch zu verändern. Dagegen wird bei dem erfindungsgemäßen Gangschaltungssystem 1 das Untersetzungsverhältnis automatisch entsprechend der Veränderung des auf das Hinterrad 32 wirkenden Lastmomentes verändert.
Am niedrigsten Punkt ist die Exzentrizität V der Antriebswelle 4 gleich Null. Da in einem solchen Fall der radiale Abstand RM mit dem Radius PD des Teilkreises des Ritzels 12 identisch ist, beträgt das Untersetzungsverhältnis Rr im allgemeinen "1". Danach werden das Ritzel 12 und die Nockenscheibe 13 integral im Uhrzeigersinn um die zentrale Rotationsachse CL gedreht.
In den Fig. 18, 19 und 20 ist die relative Position der Ritzel 12A, 12B, 12C und der Zahnstangen 10 im höchsten Gang dargestellt. In der Fig. 21 sind sie einander überlagert mit Hilfe einer virtuellen Linie dargestellt. Die Zahnstangen werden unterschieden, indem man die Buchstaben A, B und C den Gleitrahmen 9A, 98 und 9C zuordnet, an denen sie befestigt sind.
Wie man aus der Fig. 21 erkennen kann, wird die mit dem Ritzel 12A in Eingriff stehende Zahnstange 10A integral mit dem Ritzel 12A gedreht. In diesem Zustand wird der Drehrahmen 22 ebenfalls im Uhrzeigersinn gedreht. Die Nockenscheiben 13A, 13B, 13C, 13D werden durch die Zusatzplatte 27 geführt und in gleicher Weise gedreht.
In der gezeigten Ausführungsart sind insgesamt sechs Zahnstangen 10 vorgesehen. Die Ritzel 12 und die Zahnstangen 10 werden leichtgängig miteinander in Eingriff gebracht. Sechs Zahnstangen 10 dienen als virtuelle Innenverzahnung. Aus der Beschreibung geht hervor, daß die virtuelle Innenverzahnung so arbeitet, als würde ein Teilkreis geändert, wenn die Antriebswelle 4 verstellt wird.
Wenn das Ritzel 12 in der beschriebenen Ausführungsart vierundzwanzig Zähne besitzt und ein Modul (= Referenzteilkreis 1 pi) verwendet wird, so bildet die virtuelle Innenverzahnung etwa vierundfünzig Zähne, wenn der Teilkreis am größten ist. Unter diesen Bedingungen wird die Anzahl der Zähne der virtuellen Innenverzahnung, welche leichtgängiger mit dem Ritzel 12 in Eingriff stehen, um ein Vielfaches von sechs reduziert. Die Exzentrizität V ist in Klammern angegeben.
Zähne der virtuellen Innenverzahnung : Zähne des Ritzels
54 : 24 (V = 15 mm)
48 : 24 (V = 12 mm)
42 : 24 (V = 9 mm)
36 : 24 CV = 6 mm)
30 : 24 (V = 3 mm)
24 : 24 (V = 0 mm)
Obwohl in der beschriebenen Ausführungsart das Untersetzungsverhältnis in einem Bereich von etwa 0,444 bis 1,000 variabel ist, hat es vorzugsweise den folgenden Wert (einen annähernden Wert):
Rr = 0,444
Rr = 0,500
Rr = 0,571
Rr = 0,667
Rr = 0,800
Rr = 1,000
Nachstehend wird eine andere Ausführungsart der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Fig. 23 und 24 ist ein anderes Beispiel des Widerstandes 25' dargestellt. Der Widerstand 25' ist mit einer Feder ausgestattet, um den Schwinghebel 23 in eine Richtung zu ziehen, in der er aus der schwingenden Trennbewegung gelöst werden kann. Die Feder entwickelt vorzugsweise eine konstante Rückstellkraft.
Diese Feder kann aus einer Schraubenfeder, einer Biegefeder, einer Blattfeder oder verschiedenen anderen Arten von Federn bestehen. In der beschriebenen Ausführungsart wird eine Biegefeder 141 mit konstanter Last eingesetzt. Die Art der verwendeten Feder ist jedoch nicht hierauf begrenzt.
Die unter konstante Last stehende Biegefeder 141 ist so ausgebildet, daß sie eine konstante Krümmung besitzt, wenn sie nicht unter Last steht und ist in einem Federgehäuse 128 untergebracht. Die Fig. 23 zeigt einen Querschnitt gesehen von der Seite der Bremstrommel BD. Die Fig. 24 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie A-A aus der Fig. 23.
Die unter konstanter Last stehende Biegefeder 141 übt unabhängig von dem Wert der Dehnung der Feder aus dem Federgehäuse 128 eine weitgehend konstante Rückstellkraft aus. Das Federgehäuse 128 ist fest an der äußeren Abdeckung 46 montiert. Die unter konstanter Last stehende Biegefeder 141, welche aus dem Federgehäuse 12B herausgezogen wird, ist mit Hilfe eines Drahtes 142 mit einer Rotationsachse 136 verbunden.
Die drehende Welle 136 ist mit einer spiralförmigen Nut 136A versehen und wickelt den Draht 142 durch Rotation auf. Die drehende Welle 136 ist ebenfalls mit einem durch eine Keilverbindung od.dgl. integral daran befestigten Zahnkranz 135 ausgestattet. Der Zahnkranz 135 ist über einen Getriebezug 129 mit dem Getriebeteil 26 des Schwinghebels 23 verbunden.
Der Getriebezug 129 verstärkt die Schwingbewegung des Schwinghebels 23 und überträgt sie auf den Zahnkranz 135.
Der Getriebezug 129 enthält in Kombination einen Zahnkranz 130 und vier Zahnkränze 131.
Der Zahnkranz 130 greift in den Antriebsteil 26 des Schwinghebels 23 ein. Der Zahnkranz 130 steht ebenfalls mit einem kleinen Antriebsteil 132 des Zahnkranzes 131 im Eingriff. Der Zahnkranz 131 bildet integral den kleinen Antriebsteil 132 und den großen Antriebsteil 133. Die Schwingbewegung des Schwinghebels 23 wird zum Beispiel durch den sequentiellen Eingriff dieser Zahnkränze auf einen 120-fachen Wert erhöht.
Der Getriebezug 129 dient ebenfalls als Widerstand gegen die Kraft des Schwinghebels 23. Als Ergebnis kann eine abrupte Rückstellbewegung des Schwinghebels 23 vermieden werden. Eine Vielzahl von drehbaren Führungsrollen 139 sind ringförmig in der äußeren Abdeckung 46 untergebracht. Die Führungsrollen 139 führen leichtgangig die Bewegung der unter konstanter Last stehenden Biegefeder 141 aus.
Nachstehend wird die Durchführung dieser Ausführungsart beschrieben. Die schwingende Trennbewegung des Schwinghebels 23 bewirkt, daß der Zahnkranz 130 im Uhrzeigersinn gedreht wird (in der Fig. 23 entgegen dem Uhrzeigersinn). Durch die Rotation des Zahnkranzes 130 wird die drehende Welle 136 mit Hilfe des Getriebezuges 129 entgegen dem Uhrzeigersinn (in der Fig. 23 im Uhrzeigersinn) mit einer höheren Geschwindigkeit gedreht.
Die drehende Welle 136 wickelt den Draht 142 auf und zieht gleichzeitig die unter konstanter Last stehende Biegefeder 141 aus dem Federgehäuse 128 heraus. Auf diese Weise wird in der unter konstanter Last stehenden Biegefeder 141 eine Rückstellkraft erzeugt.
Die Rückstellkraft der Biegefeder 141 bewirkt die Umdrehung der drehenden Welle 136 im Uhrzeigersinn (entgegen dem Uhrzeigersinn in Fig. 23). Die Umdrehung der drehenden Welle 136 wird durch den Getriebezug 129 reduziert, in eine höhere Kraft verwandelt und auf den Zahnkranz 130 übertragen.
Der Zahnkranz 130 wirkt auf den Schwinghebel 23 ein, um ihn aus der schwingenden Trennbewegung zu lösen. In diesem Fall kann die Schwingposition des Schwinghebels 23 mit Hilfe des Lastmomentes der Antriebswelle 4, dem Eingabemoment aus dem Eingabezylinder 20 und dem durch die Biegefeder 141 erzeugten Drehmoment des Zahnkranzes 130 bestimmt werden. Wenn zum Beispiel das Lastmoment des Antriebsgehäuses 2 gering ist, so bewirkt es die schwingende Rückstellbewegung des Schwinghebels 23 und schaltet in den höchsten Gang (wie dies in der Fig. 21 dargestellt ist).
Nachstehend wird in Bezug auf die Fig. 25 und 26 ein anderer Modus für die Durchführung der vorliegenden Erfindung beschrieben. Diese Ausführungsart ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Schwingarm 146 und eine Zusatzplatte 27' in einem unteren Teil der in der Fig. gezeigten Antriebswelle 4 vorgesehen sind. Die Konstruktion der Zusatzplatte 27' ist weitgehend gleich der weiter oben erwähnten Zusatzplatte 27 (dargestellt in Fig. 3). Sie wird daher hier nicht weiter beschrieben,
Der zusatzliche Schwinghebel 146 besitzt eine Sicke 150, welche als Stützpunkt für die Schwingbewegung dient, wie dies in den Fig. 25 und 26 dargestellt ist. Die Sicke 150 wird mit Hilfe eines Stiftes 147 in der Montageplatte 149 drehbar gelagert. Der Stift 147 ist koaxial zu dem Stift 49 für die Halterung des Schwinghebels 23 angeordnet.
Ein Aufnahmezylinder 152 für die drehende Lagerung der Antriebswelle 4 erstreckt sich von der Sicke 150 an ein Ende des Hebels. In dem Aufnahmezylinder 152 ist zum Beispiel ein Kugellager 151 vorgesehen.
Zwischen der Sicke 150 und dem anderen Ende des Hebels ist ein Eingriffsstift 153 vorgesehen, welcher sich gegen die Zusatzplatte 27' erstreckt. Der Eingriffsstift 27 wird in den Schlitz 99 der Zusatzplatte 27' eingeschoben.
Die Montageplatte 149 besitzt eine zylindische Wand 155, um die Zusatzplatte 27' konzentrisch zu halten. Die Montageplatte 149 ist integral mit einem Kurbelgehäuse 156 ausgebildet. An der Innenseite des Kurbelgehäuses 156 ist die Einwegkupplung 30 angeordnet. Auf diese Weise wird verhindert, daß sich die Montageplatte 149 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Die Montageplatte 149 besitzt eine Kerbe 157, welche die Umdrehung der Zusatzplatte 27' ermöglicht.
Nachstehend wird die Betätigung dieser Ausführungsart beschrieben.
Die trennende Schwingbewegung und die Rückstellung der Bewegung der Antriebswelle 4 erfolgt in Verbindung mit der schwingenden Bewegung des zusätzlichen Schwinghebels 146. Die schwingende Bewegung des zusätzlichen Schwinghebels 146 bewirkt ebenfalls die Umdrehung der Zusatzplatte 27'.
Die Antriebswelle 4 wird deshalb immer fast ohne axiale Biegungen und Verschiebungen parallel zu der zentralen Rotationsachse CL bewegt, da sie an beiden Enden von zwei Hebeln 23 und 146 abgestützt wird, welche konzentrisch schwingen. Die Verstellung der Antriebswelle 4 erfolgt in vertikaler Richtung und die Nocke wird leichtgängig bewegt, da die Zusatzplatte 27' ebenfalls an der Seite des zusätzlichen Schwinghebels 146 angeordnet ist.
Eine solche Betätigung wird besonders bevorzugt, da dadurch eine Verklemmung und ein falscher Eingriff zwischen den axial gefluchteten Ritzeln 12A, 12B, 12C und den Zahnstangen 10 vermieden werden kann.
In der vorliegenden Erfindung sind drei oder mehr ungradzahlige Gleitrahmen 9 vorgesehen. Dementsprechend können drei oder mehr Paar Zahnstangen Cinsgesamt sechs oder mehr Zahnstangen) eingesetzt werden. In diesem Fall ist die Anzahl der Zahnstangen 10 doppelt so groß, wie die Anzahl der Gleitrahmen. Vorzugsweise werden drei, fünf, sieben oder neun Gleitrahmen eingesetzt. Noch bevorzugter beläuft sich die Anzahl der Gleitrahmen auf drei, fünf, sieben oder neun Zahnstangen, oder sogar mehr. Besonders bevorzugt werden drei Gleitrahmen eingesetzt, wie dies in der Ausführungsart beschrieben ist.
Die Konfiguration der Nockenscheibe 13 muß entsprechend angepaßt werden. Wenn fünf oder sieben Gleitrahmen 9 eingesetzt werden, so muß die Nockenscheibe 13 die in der Fig. 25 und 26 gezeigte Konfiguration haben.
In der in der Fig. 25 dargestellten Nockenscheibe 13 sind große Bögen C2 mit einem Krümmungsradius R2 und kleine Bögen C1 mit einem Krümmungsradius R1 abwechselnd jeweils in einem Winkel von 36º axial angeordnet. In der in der Fig. 26 gezeigten Nockenscheibe 13 wechseln sich große Bögen C2 mit einem Krümmungsradius R2 und kleine Bögen mit einem Krümmungsradius C1 in einem Winkel von 25,71º jeweils ab. Wenn die Anzahl der Gleitrahmen 9 erhöht wird, so ist die Nockenscheibe 13 im allgemeinen kreisförmiger.
Auf diese Weise wird der Schnittwinkel zwischen den Teilkreisen der Zahnstangen 10, welche sich virtuell überlagern, erhöht und der Eingriff mit den Ritzeln erfolgt leichtgängiger. Zum Beispiel beträgt im Falle von fünf Gleitrahmen der Schnittwinkel zwischen den Teilkreisen der Zahnstangen 144º und im Falle von sieben Gleitrahmen 9 beträgt dieser Schnittwinkel 154,3º.
Die Anzahl der Ritzel 12 wird entsprechend der Anzahl der Gleitrahmen 9 erhöht. Im Falle von neun Gleitrahmen wechseln sich kleine Bögen in einem Winkel von jeweils 20º ab, obwohl dies in der Figur nicht dargestellt ist.
Obwohl die Erfindung vorstehend im Einzelnen beschrieben worden ist, ist sie nicht auf die beschriebenen Ausführungsarten beschränkt. In allen Ausführungsarten können zum Beispiel die Verstellmittel 3 mit einem Stoßdämpfer od.dgl. ausgerüstet sein. Dies wird bevorzugt, da der Schwinghebel 23 mit Hilfe des Stoßdämpfers od.dgl. langsam betätigt werden kann.
Die vorliegende Erfindung kann auch in anderer Weise umgesetzt werden, ohne dadurch von ihrem Geist abzuweichen. Außer in Fahrrädern kann das erfindungsgemäße Gangschaltungssystem in verschiedenen mechanischen Werkzeugen, Motorrädern, Fahrzeugen od.dgl. eingesetzt werden. Alle äquivalenten Änderungen und Anpassungen der Ansprüche sind in der vorliegenden Erfindung eingeschlossen.

Numerische Liste der Bezeichnungen

1 Gangschaltungssystem
2 Antriebsgehäuse
2A Zylinder des Antriebsgehäuses
2B, 2C Abdeckungen des Zylinders
2D Flansch
3 Verstellmittel
4 Antriebswelle
5,5a,5b,5c Schienen
6 Öffnung (Aufnahme der Antriebswelle)
9, 9A, 9B, 9C Gleitrahmen
10 Zahnstange
11 Kurvenfläche
12 Ritzel
13 Nockenscheibe
14 Schienenfläche
15 Schienenelemente
16 gekrümmtes Element
17 Schienenelemente/Montageplatte
20 Eingabezylinder
21 Vorgelegerad (Drehmomentübertragung)
22 Drehrahmen
23 Schwinghebel
24 Segment
25 Widerstand
26 Verzahnung des Schwinghebels
27 Zusatzplatte
29, 29' starre Welle
30 Einwegkupplung
31 Radspeiche
32 Hinterrad
33 obere Rahmenplatte (des Gleitrahmens 9)
34 untere Rahmenplatte (des Gleitrahmens 9)
35 Rolle (zwischen der obern und unteren Rahmenplatte)
36 Kerbe
37 Vorsprünge
39 diagonale Nut (in der Rahmenplatte 33/34)
40 Nut (in der Zahnstange)
41 Ringfeder
42 Sicke (der Rahmenplatten)
43 Kettenrad
45 Zahnrad
46 äußere Abdeckung
46A Kerbe in der äußeren Abdeckung
46B Halterung (der äußeren Abdeckung)
47 innere Abdeckung
49 Stift
50 Antrieb
51 erste Verzahnung des Vorgelegerades 21
52 zweite Verzahnung
53 Arm (am Ende des Nabenwulstes 57)
54 Aufnahmezylinder (des Schwinghebels 23)
56 Eingriffsstift (am Ende des Schwinghebels 23)
57 Nabenwulst des Schwinghebels 23
59 kreisförmiger Ring
60 kreisförmige Öffnung in der inneren Abdeckung 47
61 konvexer Teil (der inneren Abdeckung)
62 konkaver Eingriffsteil
62A gekrümmte Fläche
63 ringförmige Nut in der inneren Abdeckung 47
65 Montagesitz
66 Lagerwelle
67 Lagerstift
68 Feder
69 Stützwelle
70 erstes Drehelement des Widerstandes 25
71 Einwegnocke des Widerstandes 25
71' unidirektional drehende Nocke
71A inneres Rad
71B Nocke
71C äußeres Rad
72 zweites Drehelement des Widerstandes 25
73 Rutschkupplung des Widerstandes 25
74 Welle
75 Zahnrad
76 drehende Welle
77 Zahnrad koaxial zu dem ersten Drehelement 77
79 Leerlaufgetriebe
80 Zahnrad koaxial zu dem Getriebe 77
81 Zahnrad, drehend getragen von dem zweiten Drehelement 72
86 Nabenwulst (der Ritzel) / Wellenbohrung
87 Wellenbohrung
89 Öffnung
90 Schraubenbolzen
92 Sicke
92A ebene Fläche der Sicke 92
93 Lager (der Nockenscheibe)
95 ringförmiges Element
96 ringförmiger Vorsprung
97 Anschlag
99 Schlitz in der Zusatzplatte 27
100 Führungsrahmen
101 rechteckige Öffnung im Führungsrahmen 100
102 Führungsteil des Führungsrahmens 100
103 gekrümmtes Teil des Führungsrahmens 100
104 Führungsrahmen
105 Führungselemente des Führungsrahmens 104
106 Führungselemente des Führungsrahmens 104
107 Feder
109 Hohlraum innerhalb des Führungsrahmens
110 Kupplungsgehäuse
111 Zylinder des Kupplungsgehäuses
112 Flansch des Kupplungsgehäuses
114 starre Welle
114A Schraubenbohrung
115 Treibscheibe
115A Bohrung in der Treibscheibe 116
116 Treibscheibe
116A kreisförmige Öffnung in der Treibscheibe 116
116B Vorsprung der Treibscheibe 116
117 drehbares Gehäuse
119 Lagerbohrung
120 Nut in dem drehenden Gehäuse 117
121 Schraube
122 Justierbohrung
128 Federgehäuse
129 Getriebezug
130 Zahnkranz des Getriebezuges 129
131 Zahnkranz des Getriebezuges 129
132 kleiner Antriebsteil des Zahnkranzes 131
134 große Verzahnung des Zahnkranzes 131
135 Zahnkranz der drehenden Welle 136
136 Rotationsachse / Welle
135A spiralförmige Nut
139 Führungsrollen
141 Biegefeder
142 Draht
146 Zusätzlicher Schwinghebel
147 Stift
149 Montageplatte
150 Sicke des zusätzlichen Schwinghebels 146
151 Kugellager
152 Aufnahmezylinder
153 Eingriffsstift
155 zylindrische Wand
156 Kupplungsgehäuse
157 Kerbe
BD Bremstrommel
C Kette
CL zentrale Rotationsachse
M Fahrrad
P Pedal
S stationäres Teil
T1 Befestigung (der Schienen 5)
T2 Abstandsstück

Claims

1. Gangschaltungssystem (1), das folgendes umfaßt:

ein von einem stationären Element (s) drehend gelagertes Antriebsgehäuse (2), eine parallel zu der zentralen Rotationsachse (CL) des Antriebsgehäuses (2) angeordnete Antriebswelle (4), sowie Verstellmittel (3), um die Antriebswelle (4) senkrecht zu der zentralen Rotationsachse (CL) zu verstellen, wobei eine Vielzahl von innerhalb des Antriebsgehäuses (2) angebrachten Schienen (5) und eine Vielzahl von mit Hilfe der Schienen (5) beweglich geführten Gleitrahmen (9) axial in Richtung der zentralen Rotationsachse (CL) angeordnet sind, und

der Gleitrahmen (9) eine Öffnung (6) für die Aufnahme der Antriebswelle (4), sowie von zwei parallelen Zahnstangen (10) mit gegenüberliegenden Verzahnungen und einander gegenüberliegenden Kurvenflächen (11) aufweist, welche parallel zu dem Telikreis der Zahnstange (10) angeordnet sind, und die Schienen (5) die Gleitrahmen (9) senkrecht zum Teilkreis der Zahnstange (10) in einer senkrecht zu der zentralen Rotationsachse verlaufenden Ebene führen, und die Antriebswelle (4) eine Vielzahl von Ritzeln (12) für den Eingriff mit den Zahnstangen (10) und Nockenscheiben (13) für die Positionierung der Gleitrahmen (9) durch den Kontakt zwischenden einander gegenüberliegenden Kurvenflächen (11) aufweist, und die Zahnstangen (10) durch Eingriff mit den gedrehten Ritzeln (12) als virtuelle Innenverzahnung dienen, das Antriebsgehäuse (2) mit Hilfe des Drehmomentes der um die Antriebswelle (4) drehenden Gleitrahmen (9) um die zentrale Rotationsachse (CL) gedreht wird, und das Untersetzungsverhältnis durch Veränderung der Distanz zwischen der zentralen Rotationsachse (CL) und der Position des Eingriffs durch Verstellen der Antriebswelle (4) verändert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Verstellmittel (3) drehbare Eingabemittel, Mittel für die Drehmomentübertragung für die Weiterleitung eines Drehmomentes zwischen den Eingabemitteln und der Antriebswelle (4) aufweisen, sowie einen Drehrahmen (22), der die Mittel für die Drehmomentübertragung schwenkbar in einer Position hält, welche unterschiedlich von der Position der zentralen Rotationsachse (CL) und nur um die zentrale Rotationsachse (CL) drehbar ist, sowie einen Schwinghebel (23), welcher schwingend für eine Schwingbewegung konzentrisch zu dem Mittel für die Drehmomentübertragung gehalten ist und die Antriebswelle (4) an einem ihrer Enden drehend lagert, und dadurch, daß das Mittel für die Drehmomentübertragung integral mit der Antriebswelle gedreht wird, wenn sie einer durch die Belastung des Antriebsgehäuses (2) erzeugten Reaktionskraft, sowie einem von dem Eingabermittel erzeugten Eingabemoment unterworfen wird und eine schwingende Trennbewegung des Schwinghebels (23) in einer Richtung erzeugt, in der die Antriebswelle (4) gelöst und von der zentralen Rotationsachse (CL) wegbewegt wird,

und dadurch, daß drei oder mehr ungeradzahlige Gleitrahmen (9) vorgesehen sind und sich die Bewegungsrichtungen dieser Gleitrahmen (9) in einem identischen Winkel schneiden; und dadurch, daß das Profil der Nockenscheibe (13) so konfiguriert ist, daß kleine Bögen C1 mit einem Krümmungsradius R1 und große Bögen C2 mit einem Krümmungsradius R2, der größer ist, als derjenige der Bögen C1 abwechselnd miteinander axial angeordnet sind, und daß die Länge H (= R1 + R2) der Nockenscheibe (13) zwischen zwei parallelen tangential zu der Nockenscheibe (13) verlaufenden Linien konstant ist; und daß die Nockexischeibe (13) von der Antriebswelle (4) so schwenkbar gehalten wird, daß der Mittelpunkt des Ritzels (12) weitgehend mit dem Mittelpunkt des Bogens C1 übereinstimmt.

2. Gangschaltungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zahnstangen (10) voneinander wegbewegt und gegeneinander gedrückt werden können.

3. Gangschaltungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstandsmittel (25) vorgesehen ist, um eine Widerstandskraft gegen die schwingende Trennbewegung des Schwinghebels (23) zu erzeugen.

4. Gangschaltungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsmittel (25) folgende3 aufweist: ein mit Hilfe der schwingenden Bewegung des Schwinghebels (23) gedrehtes erstes Drehelement (70), eine unidirektional drehende Nocke (71'), weiche (70), das durch die schwingende Trennbewegung des Schwinghebels (23) erzeugte Drehmoment des ersten drehenden Elementes (70) überträgt, sowie ein zweites drehendes Element (72), welches mit Hilfe der unidirektional drehenden Nocke (71') dem Drehmoment des ersten drehenden Elementes (70) unterworfen wird, sowie eine Rutschkupplung (73) welche eine Widerstandskraft gegen die Umdrehung des zweiten drehenden Elementes (72) erzeugt.

5. Gangschaltungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsmittel (25) aus einer Feder (68) bestehen, um den Schwinghebel (23) in eine Richtung zu ziehen, in der er aus der schwingenden Trennbewegung gelöst wird.

6. Gangschaltungssystem nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinghebel (23) eine Zusatzplatte (27) aufweist, welche konzentrisch zu dem durch die schwingende Bewegung gedrehten Drehrahmen (22) angeordnet ist, und dadurch, daß diese Zusatzplatte (27) einen Führungsrahmen (100) aufweist, um die Verstellung der Antriebswelle (4) zu leiten und um die Verstellung der Antriebswelle (4) durch deren Rotation zu unterstützen.

7. Gangschaltungssystem nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrahmen (22) mit Hilfe einer Einwegkupplung (30) so an dem stationären Element (5) befestigt ist, daß er nur in einer Richtung gedreht werden kann.

8. Gangschaltungssystem nach einem der vorausgegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das stationäre Element (5) zwei starre Wellen (29, 29') enthält, welche miteinander in einem axialen Mittelpunkt fluchten und an dem Rahmen eines Fahrrades (M) befestigt sind.

9. Gangschaltungssystem nach eiziern der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsgehäuse (2) im Hinterrad eines Fahrrades (M) so angeordnet ist, daß es sich integral mit dem Reifen dreht.

10. Gangschaltungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingabemittel dem Drehmoment eines Pedals (P) eines Fahrrades (M) unterworfen wird.

11. Gangschaltungssystem nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Kurvenfläche (11) und der Position des Teilkreises der Zahnstange (10) gleich dem Abstand zwischen dem die Nockenscheibe (13) bildenden Bogen C1 mit einem Krümmungsradius R1 und der Position des Teil kreises des Ritzels (12) ist.