DE4441430C1

DE4441430C1 - Stufenlos verstellbares Riemengetriebe für Fahrräder oder dgl.

Info

Publication number: DE4441430C1
Application number: DE19944441430
Authority: DE
Original assignee: BUCHHEISTER INGO
Current assignee: BUCHHEISTER INGO
Priority date: 1994-11-22
Filing date: 1994-11-22
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2014-11-23
Also published as: EP0713822A3; EP0713822A2

Description

Die Erfindung betrifft ein Riemengetriebe für Fahrräder oder dgl. nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Riemengetriebe sind aus der Antriebstechnik seit langem bekannt. So beschreibt die DE 27 44 947 B2 ein stufenlos einstellbares Kegelscheiben-Umschlingungsgetriebe mit zwei Kegelscheibensätzen, wobei eine Scheibe als Losscheibe und die zweite Scheibe als Festscheibe ausgebildet ist. Dabei ist von Nachteil, daß die Führung des verwendeten Treibriemens in einer einzigen Ebene nicht möglich ist. Dies hat wiederum, insbesondere bei mit geringem Abstand zueinander angeordneten Kegelscheibensätzen, einen entsprechend hohen Verschleiß des Treibriemens zur Folge.

Wenn im folgenden lediglich der Einfachheit halber von "Fahrradantrieben" die Rede ist, so sollen hiervon sämtliche Tretantriebe umfaßt sein, wie sie auch beispielsweise bei Dreirädern, Kett-Cars oder dgl. zu finden sind.

Fahrradantriebe sind konventionell mit einem Kettengetriebe ausgestattet, jedoch ist aufgrund der ständigen Weiterentwicklungen der Fahrradantriebe bereits ein Riemengetriebe vorgeschlagen worden (DE 43 18 648 C1), bei dem zwei in ihren jeweiligen Wirkdurchmessern veränderbare Riemenscheiben verwendet werden, von denen jede aus mehreren, zwischen radial inneren und äußeren Anschlägen beweglich gelagerten, in Umfangsrichtung gleichmäßig versetzten, federvorgespannten Segmenten besteht, wobei sich der Wirkdurchmesser von Antriebsriemenscheibe und Abtriebsriemenscheibe umgekehrt proportional verändern läßt. Dieses bekannte stufenlos verstellbare Riemengetriebe ist nachteilig, da es einerseits nur einen gewissen, beschränkten Verstellbereich der einzelnen Wirkdurchmesser zuläßt und andererseits mit einer sehr hohen Treibriemen-Vorspannung arbeiten muß, da aufgrund der einzelnen verstellbaren Segmente nicht die gesamte zur Verfügung stehende Umschlingungslänge ausgenutzt werden kann.

Ein Riemengetriebe gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 ist aus der DE 43 05 343 A1 bekannt. Dieses bekannte Getriebe weist zwei Paare miteinander korrespondierender kegelartiger Umlenkscheiben auf, von denen jeweils eine Scheibe als Losscheibe und die andere als Festscheibe ausgebildet sind. Dadurch, daß bei dem bekannten Getriebe die beiden Losscheiben synchron verstellt werden, wird zwar der Schieflauf des Treibriemens vermieden, jedoch bewegt sich der Treibriemen in einer Vielzahl parallel nebeneinander liegender Ebenen, so daß das bekannte Getriebe relativ groß baut. Darüber hinaus wird das bekannte Riemengetriebe nicht direkt zwischen der eigentlichen Antriebswelle (Tretnabenwelle) und der eigentlichen Abtriebswelle (Nabenwelle) eines Fahrrads verwendet.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs erwähnte und zuvor näher beschriebene Riemengetriebe so auszugestalten und weiterzubilden, daß die vorerwähnten Nachteile vermieden werden, ohne auf die stufenlose Verstellbarkeit verzichten zu müssen. Des weiteren soll das Riemengetriebe zuverlässig und robust sein sowie eine kompakte Bauweise ermöglichen, um insbesondere als Fahrradantrieb eingesetzt werden zu können.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jede Umlenkeinheit zwei kegelartigen Scheiben aufweist und daß ein Verstellantrieb zur axialen Verstellung zweier zusammenwirkender kegelartiger Scheiben sowie eine Steuerung zur abgestimmten, gegenläufigen Verstellbewegung der von dem Treibriemen umschlungenen Umlenkeinheiten vorgesehen sind.

Das Riemengetriebe hat den großen Vorteil, daß bei verhältnismäßig kleiner Bauweise ein großer Verstellbereich des Wirkdurchmessers erzielt werden kann. So lassen sich problemlos Übersetzungsbereiche realisieren, die das gesamte Spektrum der auf dem Markt befindlichen 21-Gang-Kettenschaltungen abdecken und sogar darüber hinausgehen.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung weisen die eingesetzten kegelartigen Scheiben eine Mantelfläche mit konstanter Steigung auf. Es ist jedoch auch denkbar, daß die kegelartigen Scheiben eine konkav oder konvex gewölbte Mantelfläche aufweisen. Die Verwendung konkav gewölbter Mantelflächen ist aus der DE 34 41 180 A1 und konvexer Mantelflächen aus der CH-PS 99 183 für sich bereits bekannt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die jeweils zusammenwirkenden kegelartigen Scheiben ineinandergreifend ausgebildet, wodurch die Baugröße weiter verringert werden kann und insbesondere die verwendeten Keilriemen einen geringen Querschnitt aufweisen können. Auch ineinandergreifende kegelartige Scheiben eines Riemengetriebes sind bereits für sich aus der GB-PS 142 742 vorbekannt.

Für die ineinandergreifende Ausbildung sind nach einer weiteren Lehre der Erfindung die jeweils zusammenwirkenden kegelartigen Scheiben mit einander entsprechenden, entweder radial verlaufenden oder aber parallel verlaufenden Eingriffsausnehmungen versehen. Dabei ist die erstgenannte Variante besonders schonend für den verwendeten Keilriemen und die zweite Alternative konstruktiv einfach herstellbar.

Je nach Ausgestaltung der eingesetzten kegelartigen Scheiben ist auch der Querschnitt des Treibriemens auszuwählen. So wird bei kegelartigen Scheiben mit konstanter Steigung ein mit entsprechender Steigung versehener Keilriemen verwendet; es ist jedoch auch möglich, Treibriemen mit rundem Querschnitt einzusetzen, wie aus der DE-PS 1 77 727 für sich bekannt ist.

Darüber hinaus ist es denkbar, daß die verwendeten kegelartigen Scheiben in ihrer Oberfläche so ausgestaltet sind, daß die in Zugrichtung wirkenden Oberflächen mit hoher, großer Reibung ausgestattet sind, während in Verstellrichtung, also insbesondere im Bereich der Eingriffsausnehmungen, glatt polierte Oberflächen zum Erreichen einer optimalen Gleitreibung gewählt werden. Dabei versteht es sich, daß die Reibung zwischen Treibriemen und Scheibe in Zugrichtung möglichst groß sein muß und in auf die Scheiben bezogen radialer Richtung geringer sein kann, um eine leichte Verstellung, ggf. auch im Stand, zu ermöglichen. Dies läßt sich beispielsweise durch eine entsprechende Beschichtung realisieren.

Ein entsprechender Verstellantrieb kann mechanisch, hydraulisch, elektrohydraulisch oder elektrisch bzw. auch in Kombination der vorgenannten Antriebsmöglichkeiten ausgeführt sein.

Dabei kann bei einem mechanischen Verstellantrieb die Trittenergie die notwendigen Kräfte zur axialen Verstellung der kegelartigen Scheiben bereitstellen. Besonders bevorzugt wird ein hydraulischer Verstellantrieb, da dieser sich auch unter Last sehr leicht schalten läßt. Elektrohydraulische oder elektrische Verstellantriebe haben darüber hinaus den Vorteil einer besonders einfachen Bedienung.

Dabei ist bei der Verwendung als Fahrradantrieb ein Bedienen unmittelbar vom Lenkrad aus problemlos möglich, wodurch auch die Attraktivität des Riemengetriebes für solche Fahrradbenutzer steigt, die aufgrund der Schalthebelanordnung für bisherige Kettenschaltungen kein Interesse zeigten. Als Schaltorgan kann eine Einhandbedienung vorgesehen sein, mit der ein besonders leichtes Schalten möglich ist.

Neben den eigentlichen Verstellantrieben, die für jede Umlenkeinheit vorhanden sein müssen, sorgt eine Steuerung für die abgestimmte gegenläufige Verstellbewegung der von dem Treibriemen umschlungenen Umlenkeinheiten. Diese Steuerung ist notwendig, da die jeweils gleichzeitige Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Wirkdurchmesser so erfolgen muß, daß sich die Vorspannung im Treibriemen nicht, oder zumindest nicht wesentlich ändert. Eine solche Steuerung kann elektrisch, elektronisch, mechanisch oder auch hydraulisch arbeiten, wobei die elektronische Steuerung besonders zweckmäßig ist, da mit ihr besondere Antriebssituationen fest programmiert voreingestellt werden können.

Damit stets die optimale Vorspannung des Treibriemens gewährleistet ist, sind neben dem Verstellantrieb weitere Verstellmittel zur symmetrischen axialen Verstellung wenigstens zweier zusammenwirkender kegelartiger Scheiben vorgesehen. Auf diese Weise kann stets eine optimale Vorspannung des Treibriemens erreicht werden, ohne den eigentlichen Verstellantrieb verändern zu müssen. Insbesondere läßt sich auf diese Weise die Verwendung einer - sonst ggf. notwendigen - Spannrolle vermeiden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Umlenkeinheit im Querschnitt,

Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer verstellbaren Umlenkeinheit im Querschnitt,

Fig. 3a und 3b weitere mögliche Ausführungsformen der verstellbaren Umlenkeinheiten in prinzipieller Darstellung,

Fig. 4 eine Prinzipskizze der zur Verstellung der Umlenkeinheiten verwendeten Steuerung,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der zur Verstellung verwendeten Steuerung,

Fig. 6 das Riemengetriebe in einem ersten Ausführungsbeispiel und

Fig. 7 das Riemengetriebe in einem zweiten Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist lediglich prinzipiell eine Umlenkeinheit mit zwei verstellbaren, kegelartigen Scheiben 2 und einem Treibriemen 3 dargestellt. Es ist erkennbar, daß die jeweils zusammenwirkenden kegelartigen Scheiben 2 ineinandergreifend ausgebildet sind. Die kegelartigen Scheiben 2 weisen dabei im wesentlichen radial verlaufende Eingriffsausnehmungen 4 auf, d. h. die ineinanderverzahnten Segmente greifen jeweils in den Zwischenraum der benachbarten gegenüberliegenden Segmente ein. Im unteren Teil ist strichpunktiert dargestellt, wie die kegelartigen Scheiben 2 ineinandergreifen. Der strichzweipunktiert dargestellte Treibriemen 3 bewegt sich dabei von der Mittelachse weg. In Fig. 2 ist dargestellt, daß die jeweils zusammenwirkenden kegelartigen Scheiben 2 auch parallel verlaufende Eingriffsausnehmungen 4′ aufweisen können.

Während in den Fig. 1 und 2 die kegelartigen Scheiben 2 eine Mantelfläche mit konstanter Steigung aufweisen, sind in Fig. 3a kegelartigen Scheiben 2′ mit einer konkav gewölbten Mantelfläche dargestellt und in Fig. 3b kegelartige Scheiben 2′′ mit einer konvex gewölbten Mantelfläche gezeigt.

Der Treibriemen 3 ist in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 als Keilriemen ausgebildet, wobei die Steigung des Keilriemens der Steigung der kegelartigen Scheiben 2 entspricht. Es ist jedoch auch denkbar, wie in den Fig. 3a und 3b prinzipiell dargestellt, daß der Treibriemen 3′ einen runden Querschnitt aufweist. Besonders zweckmäßig ist es, um ein optimales Anpassen an die verwendeten kegelartigen Scheiben 2′, 2′′ zu erreichen, daß der runde Treibriemen 3′ aus vollem Material besteht.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Steuerung in prinzipieller Darstellung. Über einen Verstellhebel 5 wird ein in einem Steuerzylinder 7 verschieblich gelagerter Steuerkolben 6 bewegt. Die dabei strömende Flüssigkeit wirkt auf einen in einem Stellzylinder 9 angeordneten Stellkolben 8. Durch eine gewählte Übersetzung lassen sich somit große Kräfte auf den Stellkolben 8 übertragen. Die entsprechend benötigten Hydraulikleitungen 10 und entsperrbaren Rückschlagventile 11 sind nur prinzipiell dargestellt.

In Fig. 5 ist eine mögliche Ausführung der Betätigung der vorgenannten entsperrbaren Rückschlagventile 11 im Detail dargestellt. Dabei wird das jeweils zu entsperrende Rückschlagventil 11 mittels eines am Verstellhebel 5 befindlichen Entsperrnockens 12 betätigt, so daß ein funktionierender Strömungskreislauf der Hydraulikflüssigkeit gewährleistet ist. Ein nur angedeuteter Vorratsbehälter V stellt ein ausreichendes Hydraulikflüssigkeitsvolumen zur Verfügung. Das verschobene Volumen gelangt in eine Kammer im Stellzylinders 9. Gleichzeitig wird mit dem Verstellhebel 5 ein Rückschlagventil 11 entsperrt, durch das das komprimierte Volumen der anderen Zylinderkammer entweichen kann. In der Ruhestellung des Verstellhebels 5 sind alle Ventile dicht, und somit bleibt der eingestellte Zustand unbegrenzt erhalten. Damit ist sichergestellt, daß keine Steuerenergie verbraucht wird. Die Hydraulikflüssigkeit läuft in einem geschlossenen Kreis mit nur einem kleinen Vorratsbehälter V.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform tragen zwei Verstellwellen, eine Pedalwelle P und eine Nabenwelle N, die kegelartigen Scheiben 2, die zwar verschiebbar aber verdrehsicher auf den Wellen P und N montiert sind. Weiterhin sind Druckscheiben montiert, die die axiale Verstellung der Scheiben 2 bewirken. Ein Hebelpaar 14, 15 auf jeder Welle P, N steuert die symmetrische Verstellung der Scheiben 2 gegeneinander. Damit ist gewährleistet, daß der Treibriemen 3 immer in derselben Ebene läuft.

Das Hebelpaar 14, 15 ist mit jeweils einem kurzen Koppelhebel 16 an einem Ende der Kolbenstange 17 des Stellkolbens 8 befestigt. Die Bewegung der Kolbenstange 17 spreizt somit das Hebelpaar 14, 15 auf der einen Seite und zieht es auf der anderen zusammen. Damit verschieben sich die Scheiben 2 symmetrisch auf jeder Welle, jeweils in entgegengesetzter Richtung.

Bei dieser Konstruktionsvariante ist die Einschränkung zu machen, daß durch die Kopplung der Hebel 14, 15, 16 mit festen Hebelverhältnissen bei extremen Übersetzungen nur ein ungenügender Einstellbereich erzielt werden kann. Die Kolbenstange 17 macht einen erheblichen Weg zur Erzielung der benötigten Vorspannung. Die bei diesen Übersetzungen benötigten unterschiedlichen (variablen) Hebelverhältnisse können mit der folgenden Variante gemäß Fig. 7 umgangen werden:

In einer weiteren Welle 18 sind nicht näher bezeichnete Steuernuten eingefräst, in der die Hebelpaare 14, 15 angelenkt sind. Ein Verdrehen dieser Welle 18 verändert somit den Abstand der Scheiben 2 und somit das Übersetzungsverhältnis. Die Auslegung jeder Steuernut ist in weiten Grenzen frei. Ein Hebel an dieser Welle kann mit dem Ende der Kolbenstange 17 verbunden werden. Dies kann unmittelbar geschehen, oder aber, wie in Fig. 7 dargestellt, über einen auf zwei Zahnriemenscheiben 19 geführten Zahnriemen 20, welcher mit geeigneten Mitteln mit der Kolbenstange 17 verbunden ist.

Bei beiden Varianten gemäß der Ausführungsbeispiele nach Fig. 6 und 7 werden alle Teile zwischen Seitenwangen 21 montiert.

Claims

1. Riemengetriebe für Fahrräder od. dgl., mit wenigstens zwei, jeweils in ihrem Wirkdurchmesser stufenlos verstellbaren Umlenkeinheiten und wenigstens einem mit den Umlenkeinheiten zusammenwirkenden Treibriemen, wobei jede Umlenkeinheit zwei kegelartige Scheiben aufweist und wobei ein Verstellantrieb zur axialen Verstellung zweier zusammenwirkender kegelartiger Scheiben vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede der von dem Treibriemen (3) umschlungenen kegelartigen Scheiben (2) der Umlenkeinheiten (1) auf der Pedalwelle (P) und auf der Nabenwelle (N) jeweils axial verschiebbar gelagert sind, daß die Verstellung der kegelartigen Scheiben (2) paarweise symmetrisch erfolgt, um zu gewährleisten, daß der Treibriemen (3) immer in derselben Ebene läuft, und daß eine Steuerung zur abgestimmten, gegenläufigen Verstellbewegung der Umlenkeinheiten (1) vorgesehen ist.

2. Riemengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelartigen Scheiben (2) eine Mantelfläche mit konstanter Steigung aufweisen.

3. Riemengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelartigen Scheiben (2′) eine konkav gewölbte Mantelfläche aufweisen.

4. Riemengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelartigen Scheiben (2′′) eine konvex gewölbte Mantelfläche aufweisen.

5. Riemengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zusammenwirkenden kegelartigen Scheiben (2, 2′, 2′′) ineinandergreifend ausgebildet sind.

6. Riemengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zusammenwirkenden kegelartigen Scheiben (2, 2′, 2′′) radial verlaufende Eingriffsausnehmungen (4) aufweisen.

7. Riemengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zusammenwirkenden kegelartigen Scheiben (2, 2′, 2′′) parallel verlaufende Eingriffsausnehmungen (4′) aufweisen.

8. Riemengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibriemen (3) als Keilriemen ausgebildet ist.

9. Riemengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibriemen (3′) einen runden Querschnitt aufweist.

10. Riemengetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Verstellantrieb zur symmetrischen Verstellung weitere Verstellmittel zur axialen Verstellung wenigstens zweier zusammenwirkender kegelartiger Scheiben (2, 2′, 2′′) vorgesehen sind.