DE19533455A1 - Zahnradschaltgetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zahnradschaltgetriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Solche Zahnradgetriebe, bestehend aus einem auf einer Welle angeordneten und von dieser angetriebenem Zahnrad und einem im wesentlichen rechtwinklig zu diesem ausgerichteten Tellerrad, sind aus dem Maschinenbau bekannt (vgl. Werkzeugmaschinen, Würzburg 1975, S. 34 Kegelrad-Planrad).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Getriebe zu einem vielseitig einsetzbaren Zahnradschaltgetriebe fortzuentwickeln, mit dem andere Getriebearten, wie zum Bei spiel Keilriementriebe an Maschinen oder Kettentriebe an Fahrrädern ersetzt werden können.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen gelöst. Fortbildungen und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen umfaßt.

Erfindungsgemäß weist das Tellerrad bei einem Getriebe der eingangs genannten Art wenigstens zwei konzentrische Zahnkränze auf und das angetriebene Zahnrad ist auf der Welle axial verschiebbar angeordnet, wobei sein Zahnkranz wahlweise mit den Zahnkränzen des Tellerrads in Eingriff bringbar ist. Hierdurch wird es möglich, so viele verschiedene Übersetzungen wählen zu können, wie Zahnkränze auf dem Tellerrad vorhanden sind.

Nach einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die Welle in einem Abstand von dem ersten Zahnrad mindestens ein zweites, parallel angeordnetes Zahnrad auf, das von einem im wesentlichen rechtwinklig zu diesem angeordneten zweiten Tellerrad angetrieben wird. Auch das zweite Zahnrad kann axial verschiebbar auf der Welle angeordnet sein, wobei das zweite Tellerrad wenigstens zwei konzentrische Zahnkränze aufweist und daß das zweite Zahnrad wahlweise mit den Zahnkränzen des zweiten Tellerrads in Eingriff bringbar ist. Hierdurch ist es möglich, die Zahl der Übersetzungen um die Zahl der Zahnkränze des zweiten Tellerrads zu vervielfachen. Nach einer anderen Ausführung ist die Welle geteilt und die Teilstücke greifen als Keilwelle ineinander, wobei das erste Zahnrad axial verschiebbar auf einem Teilstück der Keilwelle und das zweite Zahnrad fest auf dem anderen Teilstück der Keilwelle angeordnet ist. Hier kann auch das Teilstück der Keilwelle mit dem zweiten Zahnrad axial verschiebbar sein und das zweite Tellerrad weist wenigstens zwei konzentrische Zahnkränze auf, wobei das zweite Zahnrad wahlweise mit den Zahnkränzen des zweiten Tellerrads in Eingriff bringbar ist.

Vorteilhafterweise weisen die Zahnkränze wenigstens eines Zahnrads und eines Tellerrads eine Kegelradverzahnung auf.

Die Welle des erfindungsgemäßen Getriebes ist um einen Betrag relativ zu dem Tellerrad schräg verstellbar oder abhebbar, der die Verzahnungen von Tellerrad und Zahnrad außer Eingriff bringt. Hierfür ist sie mit einer Kupplung zu ihrer Schrägstellung oder zum Abheben und einer Gangschaltung zur Axialverschiebung des Zahnrads verbunden.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Tellerrad axial unverschiebbar gelagert, es ist ein relativ zu dem Tellerrad starres Gehäuse oder starrer Rahmen vorhanden, die Welle ist an einem von dem Tellerrad entfernten Bereich horizontal drehbar gelagert, eine Feder zwischen dem Gehäuse und dem Rahmen und der Welle oder einem mit dieser verbundenen Teil drückt oder zieht diese in Richtung des Tellerrads und die Kupplung besteht aus einem an einem mit der Welle verbundenen Teil schwenkbar gelagertem Hebel, mit dessen Hilfe ein Bolzen oder dergleichen entgegen der Federkraft auf das Tellerrad preßbar ist, wodurch die Welle mit den mit ihr verbundenen Teilen von dem Tellerrad abgehoben wird. Die Welle, das Zahnrad, die Kupplung und die Gangschaltung bilden eine Baueinheit. Das Zahnrad ist drehbar in einem axial auf der Welle verschiebbaren Lagerbock gelagert, der auf seiner dem Tellerrad entgegengesetzten Seite einen Führungszapfen aufweist, der Führungszapfen in einer umlaufenden Nut einer Kurvenwalze der Gangschaltung geführt ist, wobei die Kurvenwalze im wesentlichen parallel zu der Welle ausgerichtet ist und Rastpunkte aufweist, die dem Abstand der Zahnkränze des Tellerrads entsprechen und mit einer biegsamen Welle zu einem Drehgriff verbunden ist. Der Kurvenwalze ist ein Rastabschnitt oder eine Rastscheibe zugeordnet, die vor der Axialverschiebung des Lagerbocks den Hebel zum Auskuppeln des Zahnrads betätigt.

Beispielsweise ist das erste Tellerrad mit der Nabe eines Antriebsrads eines Fahrrads verbunden, das zweite Tellerrad ist an der Tretkurbel des Fahrrads angeordnet, das Gehäuse oder der Rahmen ist starr am Fahrradrahmen angeordnet, die Welle mit den mit ihr verbundenen Teilen ist horizontal schwenkbar am Fahrradrahmen angeordnet und die biegsame Welle führt zu einem Drehgriff an der Lenkstange des Fahrrads.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielhaft näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Zahnradschaltgetriebes;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Zahnradschaltgetriebes;

Fig. 3 und 4 ein Zahnradschaltgetriebe mit Gangschaltung und Kupplung.

Das Zahnradschaltgetriebe gemäß Fig. 1 besteht aus einer von einem Tellerrad 2 über ein drehfest auf ihr angeordnetes Zahnrad 3 angetriebenen Welle 1, auf der in einem Abstand ein zweites Zahnrad 5 drehfest angeordnet ist, das seinerseits ein zweites Tellerrad 6 antreibt. Das zweite Tellerrad 6 weist mehrere konzentrische Zahnkränze 7 auf und das zweite Zahnrad 5 ist axial verschiebbar mit den verschiedenen Zahnkränzen 7 in Eingriff bringbar. Die axiale Verschiebung kann dadurch erfolgen, daß das Zahnrad 5 starr auf der Welle 1 angeordnet ist und diese als Keilwelle ausgeführt ist, so daß das Teilstück mit dem Zahnrad 5 verschiebbar ist, oder das Zahnrad ist in einem auf der Welle axial verschiebbaren Lagerbock angeordnet, in dem es drehbar gelagert ist. Für die Verschiebung des Zahnrades 5 ist zu beachten, daß die Welle 1 jeweils mindestens um einen Betrag von dem Tellerrad 6 abgehoben werden muß, der ausreicht, die Zahnkränze von Zahnrad 5 und Tellerrad 6 außer Eingriff zu bringen, um das Zahnrad nach erfolgter Verschiebung wieder mit einem neuen Zahnkranz 7 in Eingriff zu bringen. Entsprechend sind die Zahnkränze 7, deren Abstand und das Zahnrad 5 zu dimensionieren. Die Schaltung ergibt soviel Übersetzungen, bzw. Gänge, wie Zahnkränze 7 auf dem zweiten Tellerrad 6 vorhanden sind. Die Zahnkränze der Tellerräder und der Zahnräder weisen eine Kegelradverzahnung auf.

Die Ausführung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 1 nur dadurch, daß neben dem auf der oder mit der Welle 8 verschiebbaren zweiten Zahnrad 12, das ein Tellerrad 13 mit mehreren konzentrischen Zahnkränzen 14 antreibt, auch das erste Zahnrad 10 auf der oder mit der Welle 8 verschiebbar angeordnet ist und mit mehreren Zahnkränzen 11 des ersten Tellerrads in Eingriff bringbar ist. Das für die Verschiebung der Zahnräder 10 und 12 nötige Außereingriffbringen kann hier beispielsweise durch eine Schrägstellung der Welle 8 erfolgen. Hier ergibt sich die Zahl der Übersetzungen, bzw. Gänge, durch Multiplikation der Zahlen der Zahnkränze 11, 14 auf den beiden Tellerrädern 9, 13.

Fig. 3 und 4 zeigen eine Draufsicht und eine Vorderansicht eines Zahnradschaltgetriebes mit Gangschaltung und einer Kupplung für das In- und Außereingriffbringen seiner Zahnkränze. Das Zahnrad 23, das drehbar in einem Lagerbock 26, jedoch drehfest auf einer angetriebenen Welle 25 gelagert ist, kämmt jeweils mit einem von mehreren konzentrischen Zahnkränzen 20 eines Tellerrads 19. Das Tellerrad 19 ist drehfest mit einer Nabe 15 eines Fahrradhinterrads verbunden, die mittels eines Kugellagers 16 um einen Bolzen 17 eines Ausfallendes 18 dreht.

An dem Ausfallende ist mittels einer Mutter 18′ ein starres Gehäuse 21 montiert, das mit Rahmenteilen 22, 22′ des Fahrrads verschweißt ist. An diesem starren Gehäuse 21 ist weiter vorne ein zweites, nach außen schwenkbares Gehäuse 28 angelenkt, wobei auch die Welle 25 um den Anlenkpunkt 27 schwenkbar gelagert ist. Dieses Gehäuse 28 dient zum Abheben des Zahnrads 23 von dem Tellerrad 19, damit seine Axialverschiebung mittels des Lagerbocks 26 vorgenommen werden kann. Hierfür weist der Lagerbock 26 auf seiner dem Tellerrad 19 abgewandten Seite eine Führungsnase 31 auf, die in einer Längsnut 28′ des Gehäuses 28 geführt ist und mit ihrer Spitze in eine umlaufende Nut 30 einer Kurvenwalze 29 eingreift.

Die Kurvenwalze 29 ist parallel zu der Welle 25 drehbar zwischen zwei nach außen gerichteten Lappen 28′′ des Gehäuses 28 gelagert. Die umlaufende Nut 30 der Kurvenwalze ist so ausgelegt, daß im Abstand der Zahnkränze des Tellerrads 19 Rastsitze vorhanden sind, wobei hier jeweils 4 auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Kurvenwalze 29 vorhanden sind. Die Kurvenwalze 29 ist mit einer biegsamen Welle 34 verbunden, die zu einem Drehgriff führt, mit dem die biegsame Welle 34 und mit ihr die Kurvenwalze gedreht werden kann. An ihrem hinteren Ende, das in der gedachten axialen Verlängerung des Ausfallendes 18 weist die Kurvenwalze 29 einen Rastabschnitt mit zwei Rastvertiefungen 32 auf, die in einer Linie mit den beiden Reihen von Rastsitzen auf der Kurvenwalze 29 liegen. Diese Rastvertiefungen 32 sind in etwa v-förmig und nehmen ein Ende eines Bolzens 33 auf, der mit seinem anderen Ende an der Mutter 18′ des Ausfallendes 18 anliegt. Der Bolzen 33 ist in Führungsbohrungen des schwenkbaren 28 und des starren Gehäuses 21 axial beweglich geführt. Parallel zu dem Bolzen 33 ist zwischen den beiden Gehäusen 21, 28 eine Zugfeder unter Vorspannung eingesetzt, die das bewegliche Gehäuse 28 in Richtung auf das starre Gehäuse 21 zieht, so daß die Zahnkränze des Zahnrads 23 und des Tellerrads 19 miteinander in Eingriff kommen können.

In der gezeigten Position kämmen der Zahnkranz des Zahnrads 23 und der innerste Zahnkranz des Tellerrads 19 miteinander. Dies ist die kleinste Übersetzung, bzw. der kleinste Gang. Ist eine größere Übersetzung erwünscht, so wird über den Drehgriff und die biegsame Welle 34 die Kurvenwalze 29 gedreht. Durch diese Drehung wird die Führungsnase 31 des Lagerbocks 26 des Zahnrades 23 entlang der umlaufenden Nut 30 geführt, wodurch der Lagerbock 26 mit dem Zahnrad 23 axial nach vorne verschoben wird. Sogleich nach Beginn der Drehbewegung der Kurvenwalze 29 wird das eine Bolzenende 33′ entlang der Flanke der v-förmigen Rastvertiefung 32 geführt und drückt, da sein anderes Ende auf der Mutter 18′ fest aufliegt, die Kurvenwalze 29 mit dem Gehäuse 28 und somit mit der Welle 25 und dem Zahnrad 23 entgegen der Zugkraft der Feder 34 nach außen, so daß die miteinander kämmenden Zahnkränze außer Eingriff kommen. Das Zahnrad kann so weiterbewegt werden, ohne daß es zu Beschädigungen kommt. Ist eine halbe Umdrehung der Kurvenwalze 29 nahezu vollzogen, rutscht der Bolzen 33 entlang der Flanke der gegenüberliegenden Rastvertiefung 32′ nach innen und die Feder 34 zieht das Gehäuse 28 mit dem Lagerbock 26 und dem Zahnrad 23 auf der Welle 25 in Eingriff mit einem anderen Zahnkranz 20 des Tellerrads 19.

Claims (12)

1. Zahnradschaltgetriebe bestehend aus mindestens einem auf einer Welle angeordneten und von dieser angetriebenem Zahnrad und einem im wesentlichen rechtwinklig zu diesem ausgerichteten Tellerrad, dadurch gekennzeichnet, daß das Tellerrad (6, 13, 19) wenigstens zwei konzentrische Zahnkränze (7, 14, 20) aufweist, und daß das angetriebene Zahnrad (5, 12, 23) auf der Welle (1, 8, 25) axial verschiebbar angeordnet ist, wobei sein Zahnkranz wahlweise mit den Zahnkränzen des Tellerrads in Eingriff bringbar ist.

2. Zahnradschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1, 8) in einem Abstand von dem ersten Zahnrad (5, 12) mindestens ein zweites, parallel angeordnetes Zahnrad (3, 10) aufweist, und daß das zweite Zahnrad (3, 10) von einem im wesentlichen rechtwinklig zu diesem angeordneten zweiten Tellerrad (2, 9) angetrieben wird.

3. Zahnradschaltgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Zahnrad (10) axial verschiebbar auf der Welle (8) angeordnet ist,
daß das zweite Tellerrad (10) wenigstens zwei konzentrische Zahnkränze (11) aufweist,
und daß das zweite Zahnrad wahlweise mit den Zahnkränzen des zweiten Tellerrads in Eingriff bringbar ist.

4. Zahnradschaltgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle geteilt ist und die Teilstücke als Keilwelle ineinandergreifen, daß das erste Zahnrad axial verschiebbar auf einem Teilstück der Keilwelle und das zweite Zahnrad fest auf dem anderen Teilstück der Keilwelle angeordnet ist.

5. Zahnradschaltgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das Teilstück der Keilwelle mit dem zweiten Zahnrad axial verschiebbar ist,
daß das zweite Tellerrad wenigstens zwei konzentrische Zahnkränze aufweist,
und daß das zweite Zahnrad wahlweise mit den Zahnkränzen des zweiten Tellerrads in Eingriff bringbar ist.

6. Zahnradschaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnkränze wenigstens eines Zahnrads und eines Tellerrads eine Kegelradverzahnung aufweisen.

7. Zahnradschaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle um einen Betrag relativ zu dem Tellerrad schräg verstellbar oder abhebbar ist, der die Verzahnungen von Tellerrad und Zahnrad außer Eingriff bringt.

8. Zahnradschaltgetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle mit einer Kupplung zu ihrer Schrägstellung oder zum Abheben und einer Gangschaltung zur Axialverschiebung des Zahnrads verbunden ist.

9. Zahnradschaltgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Tellerrad axial unverschiebbar gelagert ist,
daß ein relativ zu dem Tellerrad starres Gehäuse (21) oder starrer Rahmen vorhanden ist,
daß die Welle (25) an einem von dem Tellerrad (19) entfernten Bereich horizontal drehbar gelagert ist,
daß eine Feder (34) zwischen dem Gehäuse (21) oder dem Rahmen und der Welle (25) oder einem mit dieser verbundenen Teil diese in Richtung des Tellerrads (19) drückt oder zieht,
daß die Kupplung aus einem an einem mit der Welle verbundenen Teil schwenkbar gelagertem Hebel besteht, mit dessen Hilfe ein Bolzen (33) oder dergleichen entgegen der Federkraft auf das Gehäuse (21) oder ein mit dem Tellerrad verbundenes Teil (18′) preßbar ist, wodurch die Welle (25) mit den mit ihr verbundenen Teilen von dem Tellerrad abgehoben wird.

10. Zahnradschaltgetriebe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle, das Zahnrad, die Kupplung und die Gangschaltung eine Baueinheit bilden,
daß das Zahnrad (23) drehbar in einem axial auf der Welle verschiebbaren Lagerbock (26) gelagert ist,
daß der Lagerbock (26) auf seiner dem Tellerrad (19) entgegengesetzten Seite einen Führungszapfen (31) aufweist,
daß der Führungszapfen (31) in einer umlaufenden Nut einer Kurvenwalze (29) der Gangschaltung geführt ist,
daß die Kurvenwalze (29) im wesentlichen parallel zu der Welle (25) ausgerichtet ist und Rastpunkte aufweist, die dem Abstand der Zahnkränze des Tellerrads entsprechen,
und daß die Kurvenwalze (29) mit einer biegsamen Welle (34) zu einem Drehgriff verbunden ist.

11. Zahnradschaltgetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenwalze (29) ein Rastabschnitt (32) oder eine Rastscheibe zugeordnet ist, die vor der Axialverschiebung des Lagerbocks den Hebel zum Auskuppeln des Zahnrads betätigt.

12. Zahnradschaltgetriebe nach Anspruch 10 und 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das erste Tellerrad mit der Nabe eines Antriebsrads eines Fahrrads verbunden ist,
daß das zweite Tellerrad an der Tretkurbel des Fahrrads angeordnet ist,
daß das Gehäuse oder der Rahmen starr am Fahrradrahmen angeordnet ist,
daß die Welle mit den mit ihr verbundenen Teilen horizontal schwenkbar am Fahrradrahmen angeordnet ist,
und daß die biegsame Welle zu einem Drehgriff an der Lenkstange des Fahrrads führt.