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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tretlagergetriebe für ein Fahrrad oder Pedelec mit einer Tretkurbelwelle als Getriebeeingangswelle, mit einem Abtrieb als Getriebeausgangswelle, mit zumindest einem aktiv schaltbaren Bremsschaltelement und mit zumindest einer indirekt über das Bremsschaltelement schaltenden Freilaufkupplung zum Realisieren mehrerer Übersetzungsstufen. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrrad oder Pedelec mit dem Tretlagergetriebe.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2019 220 044 A1 ist ein Tretlagergetriebe mit einer Anordnung zum Betätigen eines Bremsschaltelements bekannt. Die Anordnung umfasst eine drehbar gelagerte Schaltwalze achsparallel zu einer zentralen Getrieberotationsachse, wobei die Schaltwalze in Wirkverbindung mit einer als Bremsschaltelement ausgeführten Bremsklinken zum Sperren oder Freigeben eines Getriebeelements zum Schalten einer Gangstufe steht. Die Freilaufkupplungen sind als Sperrklinkenfreiläufe ausgebildet und werden indirekt durch die Betätigung der Bremsschaltelemente zwischen einem Sperrrichtungszustand und einem Überholtriebzustand geschaltet, sodass die über die Freilaufkupplungen angebundenen Getriebeelemente in genau eine Drehrichtung sperrbar sind. Als Klinkenfreilauf ausgebildete Freilaufkupplungen sind mit sehr kleinen federbeauftragten Klinken ausgestattet, die sich bedingt durch ihre geringe Größe aufwändig montieren lassen und darüber hinaus in ihrer Übertragungsfähigkeit limitiert sind.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2009 042 232 A1 ist eine Getriebeanordnung für ein mit einem Hilfsantrieb ausgestattetes Fahrrad mit einem Planetengetriebe bekannt. Das Planetengetriebe umfasst eine Freilaufeinrichtung, über die ein Drehmoment von dem Planetengetriebe auf die Antriebseinrichtung übertragbar ist. Hierzu sind eine an einem Planetenträger angeordnete erste Zahnscheibe und eine an der Antriebseinrichtung angeordnete direkt gegenüberliegend zur ersten Zahnscheibe angeordnete zweite Zahnscheibe vorgesehen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tretlagergetriebe und ein Fahrrad oder Pedelec mit dem Tretlagergetriebe vorzuschlagen, welche eine besonders einfache Montage mit geringerem Bauraumbedarf und eine hohe Drehmomentübertragungsfähigkeit realisieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 15 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Somit wird ein Tretlagergetriebe insbesondere in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder Pedelec mit einer Tretkurbelwelle als Getriebeeingangswelle und mit einem Abtrieb als Getriebeausgangswelle vorgeschlagen, wobei der Abtrieb zum Beispiel mit einem anzutreibenden Laufrad eines Fahrrades oder Pedelecs verbindbar ist. Ferner umfasst das Tretlagergetriebe zumindest ein aktiv schaltbares Bremsschaltelement und zumindest eine indirekt über das Bremsschaltelement zwischen einem Sperrrichtungszustand und einem Überholtriebzustand zu schaltende Freilaufkupplung zum Realisieren von mehreren Übersetzungsstufen, wobei jede Freilaufkupplung als Freilaufverzahnung eine erste mit einem Getriebeelement verbundene Zahnscheibe und eine zweite mit einem weiteren Getriebeelement verbundene Zahnscheibe aufweist und wobei zumindest eine der Zahnscheiben axial beweglich und über zumindest ein Federelement gegen die andere Zahnscheibe zum drehfesten Verbinden in eine Drehrichtung der Zahnscheiben bzw. der Getriebeelemente vorgespannt ist.
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Auf diese Weise wird ein Tretlagergetriebe mit indirekt von Bremsschaltelementen schaltbaren Freilaufkupplungen vorgeschlagen, bei dem die Freilaufkupplungen in vorteilhafter Weise an den zur Verfügung stehenden Bauraum und auf das zu übertragene Drehmoment angepasst sind, sodass eine besonders einfache Montage insbesondere der Freilaufkupplungen ermöglicht und zudem nur ein geringer Bauraumbedarf besteht. Ferner ergibt sich ein besonders geringer Wartungsbedarf aufgrund des robusten Aufbaus der Freilaufkupplungen. Zudem können über die über den Umfang über eine Vielzahl von schrägverlaufenden Zahnstufen in Wirkverbindung stehenden Zahnscheiben hohe Drehmomente übertragen werden.
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Die den Getriebeelementen des Tretlagergetriebes zugeordneten Zahnscheiben jeder Freilaufkupplung können konstruktiv an die jeweilige Einbauposition angepasst werden. Zumindest eine der Zahnscheiben ist beispielsweise über eine Mitnahmeverzahnung mit dem zugeordneten Getriebeelement drehfest verbunden und gleichzeitig axial verschiebbar auf diesem gelagert. Bei einer derartigen Ausführung sind die Zahnscheibe und das zugeordnete Getriebeelement mehrteilig ausgeführt. Vorzugsweise kann eine nicht axialbewegliche Zahnscheibe einteilig mit dem zugeordneten Getriebeelement ausgeführt sein, wodurch die Montage aufgrund der geringeren Anzahl an Bauteilen weiter vereinfacht wird.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das mit der Zahnscheibe einteilig ausgeführte Getriebeelement drehbar und axial fixiert an dem mit der anderen Zahnscheibe gekoppelten Getriebeelement angeordnet ist, weil die auftretenden Axialkräfte nicht auf weitere Getriebeelemente übertragen werden, sondern innerhalb der Freilaufkupplungen abgestützt werden. Zudem ergeben sich niedrigere Schleppmomente.
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Die die Freilaufverzahnung bildenden Zahnscheiben der Freilaufkupplung werden vorzugsweise axial nebeneinander in etwa gleicher radialer Höhe gegeneinander vorgespannt angeordnet, sodass eine direkte Drehmomentübertragung in genau eine Drehrichtung ermöglicht wird.
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Als Federelement bei den Freilaufkupplungen bietet sich eine Schraubenfeder oder dergleichen an, mit dem zum Beispiel die axial bewegbare Zahnscheibe gegen die korrespondierende Zahnscheibe der Freilaufkupplung vorgespannt wird.
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Besonders vorteilhaft im Bezug des erforderlichen Bauraumbedarfes ist es bei dieser Ausführung, wenn das Federelement der Freilaufkupplung radial innerhalb bezogen auf die Freilaufverzahnung der Zahnscheiben angeordnet ist. Auf diese Weise kann axialer Bauraum eingespart werden.
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Eine nicht nur bauraumsparende, sondern auch gleichzeitig kostengünstige und montagefreundliche Ausführung wird bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe dadurch realisiert, dass zwei Freilaufkupplungen axial nebeneinander angeordnet sind, wobei eine der Zahnscheiben der beiden Freilaufkupplungen auf einem gemeinsamen Getriebeelement axial bewegbar angeordnet ist und von einem gemeinsamen Federelement gegen die jeweils andere Zahnscheibe der beiden Freilaufkupplungen vorgespannt ist.
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Bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass zwei Freilaufkupplungen radial verschachtelt zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise ergibt sich eine Bauraumeinsparung in axialer Richtung des Tretlagergetriebes.
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Besonders bevorzugt ist die Ausführung des vorgeschlagenen Tretlagergetriebes mit mehreren Planetenradsätzen, deren Getriebeelemente, wie zum Beispiel Sonnenrad, Planetenradträger und Hohlrad, derart miteinander gekoppelt sind, dass über die Bremsschaltelemente und über die vorgeschlagenen Freilaufkupplungen mehrere Übersetzungsstufen realisierbar sind.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Fahrrad oder Pedelec mit zumindest einem vorbeschriebenen Tretlagergetriebe gelöst, wodurch sich weitere und die bereits beschriebenen Vorteile ergeben.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine Prinzipansicht einer möglichen Ausführung eines erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes bei einem Fahrrad bzw. Pedelec;
- 2 eine geschnittene Detailansicht des Tretlagergetriebes im Bereich einer ersten Freilaufkupplung;
- 3 eine geschnittene Detailansicht des Tretlagergetriebes im Bereich einer zweiten und dritten Freilaufkupplung; und
- 4 eine geschnittene Detailansicht des Tretlagergetriebes im Bereich einer vierten Freilaufkupplung.
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In 1 ist eine mögliche Ausführung eines erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes in Planetenradsatzbauweise anhand eines Fahrrades oder Pedelecs 1 beispielhaft dargestellt, wobei die 2 bis 4 mehrere vergrößerte Detailansicht des Tretlagergetriebes im Bereich von vorgesehenen Freilaufkupplungen F1, F2, F2, F4 des Tretlagergetriebes zeigen.
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Das Tretlagergetriebe umfasst vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 zum Realisieren von zum Beispiel 16 Gangstufen, wobei eine Tretkurbelwelle 2 als Getriebeeingangswelle und ein mit einem nicht weiter dargestellten Laufrad des Fahrrades oder Pedelecs 1 koppelbare Getriebeausgangswelle als Abtrieb 3 vorgesehen sind. Die Getriebeelemente der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 sind koaxial zu der Tretkurbelwelle 2 angeordnet.
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Den Planetenradsätzen RS1, RS2, RS3, RS4 sind vier aktiv schaltbare Bremsschaltelemente B1, B2, B3, B4 sowie vier nicht aktiv schaltbare Freilaufkupplungen F1, F2, F3, F4 zugeordnet, wobei die Freilaufkupplungen F1, F2, F2, F4 als mechanische Freiläufe ausgeführt sind, welche indirekt über die Bremsschaltelemente B1, B2, B3, B4 zwischen einem Sperrrichtungszustand und einem Überholtriebzustand schaltbar sind. Der Überholbetrieb bzw. der Überholtriebzustand eines Freilaufes bzw. einer Freilaufkupplung F1, F2, F2, F4 bedeutet, dass der Freilauf nicht sperrt. Der Freilauf kann sich in einem Überholtrieb befinden, wenn z. B. sich eines der mit dem Freilauf verbundenen Elemente so schnell dreht, dass der Freilauf nicht sperren kann. Der Sperrrichtungszustand bei einem Freilauf bedeutet, dass der Freilauf sperrt.
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Bei der dargestellten Ausführung ist die Tretkurbelwelle 1 mit einem Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden und mit einem Getriebeelement des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die erste Freilaufkupplung F1 verbindbar ist, während der Abtrieb 3 mit einem Getriebeelement des vierten Planetenradsatzes RS4 verbunden und mit einem Getriebeelement des vierten Planetenradsatzes RS4 über die vierte Freilaufkupplung F4 verbindbar ist. Die weiteren Verbindungen der Getriebeelemente der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 kann der Fachmann der Prinzipansicht gemäß 1 entnehmen und werden deshalb nicht weiter beschrieben.
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Bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe ist ferner vorgesehen, dass jede Freilaufkupplung F1, F2, F2, F4 als Freilaufverzahnung eine mit einem Getriebeelement der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 verbundene erste Zahnscheibe 4, 5, 6, 7 und eine mit einem weiteren Getriebeelement der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 verbundene zweite Zahnscheibe 8, 9, 10, 11 aufweist, und wobei zumindest eine der Zahnscheiben 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 axial beweglich und über zumindest ein Federelement 12, 13, 14, 15 gegen die andere Zahnscheibe 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 zum drehfesten Verbinden in eine Drehrichtung der Zahnscheiben 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. der Getriebeelemente der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 vorgespannt ist.
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Die Zahnscheiben 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 der Axial-Freilaufkupplungen weisen jeweils über den Umfang vorzugsweise schräg verlaufende Zahnstufen oder dergleichen als Freilaufverzahnung auf, sodass diese im vorgespannten Zustand in einer Drehrichtung übereinander gleiten und in der anderen Richtung in Eingriff stehen und eine Drehmomentübertragung realisiert wird.
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Bei der beispielhaft dargestellten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes ist durch die erste Freilaufkupplung F1 ein Planetenradträger PT1 als Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes RS1 mit einem Sonnenrad SR2 als Getriebeelement des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbindbar. Über die zweite Freilaufkupplung F2 ist ein Hohlrad HR1 als Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes RS1 und ein Planetenradträger PT3 als Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes RS3 mit einem Hohlrad HR2 als Getriebeelement des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbindbar. Über die dritte Freilaufkupplung F3 ist ein Sonnenrad SR3 als Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes RS3 mit einem Hohlrad HR3 als Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes RS3 und mit einem Planetenradträger PT4 als Getriebeelement des vierten Planetenradsatzes RS4 verbindbar. Über die vierte Freilaufkupplung F4 ist ein Sonnenrad SR4 als Getriebeelement des vierten Planetenradsatzes RS4 mit einem Hohlrad HR4 als Getriebeelement des vierten Planetenradsatzes RS4 verbindbar.
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Bei der beispielhaft dargestellten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes ist durch das erste Bremsschaltelement B1 das Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Gehäuse 20 verbindbar. Über das zweite Bremsschaltelement B2 ist das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Gehäuse 20 verbindbar. Über das dritte Bremsschaltelement B3 ist das Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 mit dem Gehäuse 20 verbindbar. Über das vierte Bremsschaltelement B4 ist das Hohlrad HR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 mit dem Gehäuse 20 verbindbar.
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In 2 ist eine Detailansicht der ersten Freilaufkupplung F1 dargestellt, bei der eine erste Zahnscheibe 4 der ersten Freilaufkupplung F1 über eine Mitnahmeverzahnung axial verschiebbar und drehfest mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist, wobei eine zweite Zahnscheibe 8 der ersten Freilaufkupplung F1 einteilig mit dem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ausgeführt ist, und wobei die erste Zahnscheibe 4 über ein erstes Federelement 12 gegen die zweite Zahnscheibe 8 der ersten Freilaufkupplung F1 bzw. gegen das Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 vorgespannt ist.
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In 3 ist eine Detailansicht der zweiten Freilaufkupplung F2 und der dritten Freilaufkupplung F3 dargestellt, wobei die Freilaufkupplungen F2 und F3 radial verschachtelt in dem Tretlagergetriebe angeordnet sind. Bei der zweiten Freilaufkupplung F2 ist eine erste Zahnscheibe 5 der zweiten Freilaufkupplung F2 über eine Mitnahmeverzahnung axial verschiebbar und drehfest mit dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden, wobei eine zweite Zahnscheibe 9 der zweiten Freilaufkupplung F2 einteilig mit dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ausgeführt ist, wobei die erste Zahnscheibe 5 der zweiten Freilaufkupplung F2 über ein zweites Federelement 13 gegen die zweite Zahnscheibe 9 der zweiten Freilaufkupplung F2 bzw. gegen das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 vorgespannt ist.
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Um bei dieser Ausführung die durch das zweite Federelement 13 auf das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 aufgebrachte axiale Federkraft abzustützen, sodass die Axialkräfte innerhalb der zweiten Freilaufkupplung F2 verbleiben und nicht auf andere Getriebeelemente übertragen werden, ist ein Sicherungsring 16, zum Beispiel ein Sprengring oder dergleichen, an dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 fixiert, sodass sich in vorteilhafter Weise das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über eine Anlaufscheibe 17 oder dergleichen an dem Sicherungsring 16 axial abstützen kann.
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Bei der dritten Freilaufkupplung F3 ist eine erste Zahnscheibe 6 der dritten Freilaufkupplung F3 über eine Mitnahmeverzahnung axial verschiebbar und drehfest mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden, wobei eine zweite Zahnscheibe 10 der dritten Freilaufkupplung F3 einteilig mit dem Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 ausgeführt ist, und wobei die erste Zahnscheibe 6 der dritten Freilaufkupplung F3 über ein drittes Federelement 14 gegen die zweite Zahnscheibe 10 der dritten Freilaufkupplung F3 bzw. gegen das Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 vorgespannt ist.
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In 4 ist eine Detailansicht der vierten Freilaufkupplung F4 dargestellt. Bei der vierten Freilaufkupplung F4 ist eine erste Zahnscheibe 7 der vierten Freilaufkupplung F4 über eine Mitnahmeverzahnung axial verschiebbar und drehfest mit dem Sonnenrad SR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 verbunden, wobei eine zweite Zahnscheibe 11 der vierten Freilaufkupplung F4 einteilig mit dem Hohlrad HR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 ausgeführt ist, und wobei die erste Zahnscheibe 7 der vierten Freilaufkupplung F4 über ein viertes Federelement 15 gegen die zweite Zahnscheibe 11 der vierten Freilaufkupplung F4 bzw. gegen das Hohlrad HR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 vorgespannt ist.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführung dient das vierte Federelement 15 gleichzeitig zum Vorspannen einer weiteren Freilaufkupplung Fe, die zum Beispiel ein elektrisches Antriebsmoment auf das Tretlagergetriebe übertragen kann. Hierzu sind die vierte Freilaufkupplung F4 und die weitere Freilaufkupplung Fe axial nebeneinander angeordnet, sodass eine axial verschiebbar und drehfest mit dem Sonnenrad SR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 verbundene erste Zahnscheibe 18 der weiteren Freilaufkupplung Fe ebenfalls von dem vierten Federelement 15 gegen eine zweite Zahnscheibe 19 der Freilaufkupplung Fe vorgespannt ist, wobei die zweite Zahnscheibe 19 einteilig mit einem zum Beispiel über einen Ketten oder Riementrieb angetriebenen Rad ausgeführt ist.
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Bezugszeichen
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- 1
- Fahrrad oder Pedelec
- 2
- Tretkurbelwelle
- 3
- Abtrieb
- 4
- erste Zahnscheibe der ersten Freilaufkupplung
- 5
- erste Zahnscheibe der zweiten Freilaufkupplung
- 6
- erste Zahnscheibe der dritten Freilaufkupplung
- 7
- erste Zahnscheibe der vierten Freilaufkupplung
- 8
- zweite Zahnscheibe der ersten Freilaufkupplung
- 9
- zweite Zahnscheibe der zweiten Freilaufkupplung
- 10
- zweite Zahnscheibe der dritten Freilaufkupplung
- 11
- zweite Zahnscheibe der vierten Freilaufkupplung
- 12
- erstes Federelement
- 13
- zweites Federelement
- 14
- drittes Federelement
- 15
- viertes Federelement
- 16
- Sicherungsring
- 17
- Anlaufscheibe
- 18
- erste Zahnscheibe einer weiteren Freilaufkupplung
- 19
- zweite Zahnscheibe der weiteren Freilaufkupplung
- 20
- Gehäuse
- RS1
- Planetenradsatz
- RS2
- Planetenradsatz
- RS3
- Planetenradsatz
- RS4
- Planetenradsatz
- B1
- erstes Bremsschaltelement
- B2
- zweites Bremsschaltelement
- B3
- drittes Bremsschaltelement
- B4
- viertes Bremsschaltelement
- F1
- erste Freilaufkupplung
- F2
- zweite Freilaufkupplung
- F3
- dritte Freilaufkupplung
- F4
- vierte Freilaufkupplung
- Fe
- weitere Freilaufkupplung
- SR1
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- PT1
- Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes
- HR1
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- SR2
- Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- PT2
- Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes
- HR2
- Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- SR3
- Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
- PT3
- Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes
- HR3
- Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
- SR4
- Sonnenrad des vierten Planetenradsatzes
- PT4
- Planetenradträger des vierten Planetenradsatzes
- HR4
- Hohlrad des vierten Planetenradsatzes
