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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tretlagergetriebe in Planetenradsatzbauweise für ein Fahrrad mit einer Anordnung zum Betätigen eines Bremsschaltelements. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrrad 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 Schaltelements bekannt. Die Anordnung umfasst eine drehbar angeordnete Schaltwalze, wobei die Schaltwalze axial nebeneinander mehrere Kurvenbahnen zur sequenziellen Betätigung mehrerer Bremsklinken der Bremsschaltelemente aufweist, sodass nur eine sequenzielle Schaltung von Gängen bei dem Tretlagergetriebe möglich ist. Demzufolge erfolgen die Schaltungen vom eingelegten Gang zum Zielgang sequenziell in festgelegter Reihenfolge, d. h., es können keine Gänge übersprungen werden, wodurch sich die Schaltdauer erhöht.
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Die
DE 10 2015 217 013 A1 beschreibt eine Getriebeanordnung und Antriebsanordnung für ein Fahrzeug. Die
DE 10 2015 217 013 A1 lehrt, dass bei der Nutzung von Schaltwalzen nur eine sequenzielle Schaltung möglich ist.
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Die
DE 10 2019 220 043 A1 beschreibt ein Tretlagergetriebe mit einer Anordnung zum Betätigen eines Bremsschaltelements.
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Die
DE 10 2022 201 130 B3 beschreibt eine Fahrradgetriebe-Anordnung zum Betätigen eines Schaltelementes eines Tretlagergetriebes.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tretlagergetriebe und ein Fahrzeug mit dem Tretlagergetriebe vorzuschlagen, welche neben sequenziellen Schaltungen auch direkte Schaltungen zum Überspringen von Gangstufen ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Somit wird ein Tretlagergetriebe in Planetenradsatzbauweise für ein Fahrrad mit einer Anordnung zum Betätigen einer Bremsklinke eines Bremsschaltelementes zum Sperren und Freigeben eines Getriebebauteils zum Schalten einer Gangstufe vorgeschlagen. Um neben sequenziellen Schaltungen auch direkte Schaltungen zum Überspringen von Gangstufen zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass jede Bremsklinke jeweils mit einem separat ansteuerbaren drehbaren Nockenelement in Wirkverbindung steht.
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Das Fahrrad ist vorzugsweise ausgeformt als (S-)Pedelec, E-Bike, Velomobil, Cargobike oder dergleichen. Das Fahrrad weist dabei vorzugsweise einen elektrischen (Hilfs-)Antrieb auf.
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Auf diese Weise wird eine dezentrale Betätigung bzw. Aktuierung von Bremsschaltelementen des Tretlagergetriebes durch die separat ansteuerbaren Nockenelemente derart ermöglicht, dass nicht nur eine sequenzielle Schaltung von nacheinander liegenden Gangstufen, sondern auch direkte Schaltungen in jede beliebige Gangstufe aufgrund der jeder Bremsklinke zugeordneten Nockenelemente ermöglicht, sodass jeder gewünschte Zielgang unabhängig vom aktuellen eingelegten Gang in beliebiger Schaltreihenfolge direkt eingelegt werden kann.
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Vorzugsweise kann die Bremsklinke als federbelasteter Kipphebel ausgeführt werden, wobei ein erster Kipphebelarm einer Sperrverzahnung des Getriebebauteils zugeordnet ist und wobei ein zweiter Kipphebelarm einer am Umfang vorgesehenen Kurvenbahn des separat ansteuerbaren Nockenelements zum Betätigen der Bremsklinke zugeordnet ist. Bevorzugt wird die Bremsklinke als normalerweise geschlossene Bremsklinke ausgeführt. Dies bedeutet, dass der federbelastete Kipphebel mit seiner Klinkenspitze bzw. mit seinem Klinkenhaken an dem ersten Kipphebelarm mittels Federkraft in die Sperrverzahnung des zu sperrenden Getriebebauteils, wie zum Beispiel einem Planetenradträger, einem Sonnenrad oder einem Hohlrad des Tretlagergetriebes, gedrückt wird, um das Getriebebauteil zu blockieren bzw. festzusetzen, sodass der zugeordnete Gang geschaltet werden kann.
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Um die Reibung an der Berührungsfläche zwischen der Bremsklinke und dem Nockenelement bei dem Direktschaltungen in beliebiger Schaltreihenfolge ermöglichenden Tretlagergetriebe zu minimieren, kann beispielsweise an dem zweiten Kipphebelarm der Bremsklinke als Berührungsfläche mit dem Umfang des Nockenelements eine drehbare Rolle oder dergleichen vorgesehen sein.
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Vorzugsweise sind eine Schwenkachse jeder Bremsklinke und eine Drehachse jedes Nockenelements etwa achsparallel zu einer zentralen Tretlagergetriebe-Rotationsachse angeordnet. Auf diese Weise können die erforderlichen Bauteile bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe in das vorhandene Tretlagergehäuse integriert werden, um neben der sequenziellen Schaltungsweise auch die Direktschaltungsweise ohne ein zusätzliches Gehäuse zu ermöglichen.
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Für eine besonders einfache Ansteuerung jedes Nockenelements kann beispielsweise vorgesehen werden, dass jedem Nockenelement ein Drehantrieb zum Beispiel als elektrischer Servomotor oder dergleichen zugeordnet sein. Zur Ansteuerung jedes Nockenelement ist es nur erforderlich, dass das Nockenelement in eine Drehrichtung gedreht werden muss.
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Die Drehbewegung jedes Drehantriebes kann beispielsweise über ein hochübersetzendes Reduziergetriebe auf das zugeordnete Nockenelement übertragen werden. Ein besonders kompaktbauendes und kostengünstiges Reduziergetriebe kann dadurch realisiert werden, dass als Reduziergetriebe mehrere miteinander gekoppelte Planetenradsätze oder dergleichen verwendet werden.
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Zum Betätigen jeder Bremsklinke durch das zugeordnete Nockenelement ist vorgesehen, dass entlang des Umfanges jedes Nockenelements eine Kurvenbahn mit einem ersten kürzeren, mit größerer Steigerung ausgebildeten Rampenabschnitt zum schnellen Einlegen der Bremsklinke in die Sperrverzahnung des zugeordneten Getriebebauteils und mit einem zweiten längeren, mit geringerer Steigung ausgebildeten Rampenabschnitt zum Auslegen der Schaltklinke mit geringer Last vorgesehen ist. Auf diese Weise wird durch den steilen Rampenabschnitt durch eine kurze Drehbewegung des Nockenelements das federbelastete Einlegen der Bremsklinke freigegeben und beschleunigt, während das Auslegen der Bremsklinke aufgrund des flachen längeren Rampenabschnittes durch eine längere Drehbewegung des Nockenelements mit möglichst geringer Last ermöglicht wird. Demzufolge kann der Drehantrieb des Nockenelements entsprechend klein dimensioniert werden.
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Um die Ansteuerung beim Durchführen der direkten Schaltungen bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe zu vereinfachen, ist vorgesehen, dass dem drehbaren Nockenelement eine Positionserkennung zugeordnet ist. Auf diese Weise ist der Schaltansteuerung jederzeit die Position jedes Nockenelement bekannt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Fahrrad mit dem vorbeschriebenen Tretlagergetriebe gelöst, wobei sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile ergeben.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes eines Fahrrads mit einem Nockenelement zum Betätigen einer Bremsklinke eines Bremsschaltelementes;
- 2 eine schematische Teilansicht eines Getriebeschnittes durch das erfindungsgemäße Tretlagergetriebe;
- 3 eine schematische Seitenansicht des Tretlagergetriebes mit mehreren Nockenelementen zum Betätigen mehrerer Bremsklinken;
- 4 eine schematische Seitenansicht des Tretlagergetriebes mit mehreren Nockenelementen zum Betätigen mehrerer Bremsklinken in einer alternativen Anordnungsposition;
- 5 ein Getriebeschnitt durch das erfindungsgemäße Tretlagergetriebe mit mehreren Nockenelementen zum Betätigen mehrerer Bremsklinken;
- 6 eine schematische Prinzipdarstellung des Tretlagergetriebes; und
- 7 ein Schaltschema der Bremsschaltelemente und der Freilaufkupplungen des Tretlagergetriebes gemäß 5 und 6.
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In den 1 bis 6 sind verschiedene Ansichten eines Tretlagergetriebes in Planetenradsatzbauweise bei einem Fahrrad 1, das als Pedelec ausgebildet ist, mit einem oder mehreren drehbaren Nockenelementen 2, 3, 4, 5 als Anordnung zum separaten Betätigen von einer oder mehreren Bremsklinken 6, 7, 8, 9 von Bremsschaltelementen B1, B2, B3, B4 beispielhaft dargestellt. 7 zeigt ein Schaltschema für die Bremsschaltelemente B1, B2, B3, B4 und Freilaufkupplungen F1, F2, F3, F4 des nur beispielhaft als 16-Gang-Getriebe ausgeführten Tretlagergetriebes. Unter einem Bremsschaltelement B1, B2, B3, B4 wird im Allgemeinen eine betätigbare Bremse verstanden, welche ein Getriebebauteil im geschlossenen Zustand festsetzt bzw. mit einem Gehäuse 10 des Tretlagergetriebes verbindet.
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Es wird beispielhaft ein Tretlagergetriebe in Planetenradsatzbauweise mit mehreren, vorzugsweise vier Planetenradsätzen RS1, RS2, RS3, RS4 für ein Fahrrad 1 mit den Nockenelementen 2, 3, 4, 5 zum Betätigen zumindest eines der Bremsschaltelemente B1, B2, B3, B4 vorgeschlagen welches in den 5 und 6 im Detail dargestellt ist.
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Demzufolge umfasst das Tretlagergetriebe als Anordnung zum Betätigen der vier Bremsklinken 6, 7, 8, 9 der vier Bremsschaltelemente B1, B2, B3, B4 die vier separat ansteuerbaren Nockenelemente 2, 3, 4, 5 zum Sperren und Freigeben eines Getriebebauteils zum Schalten einer beliebigen Gangstufe G1 bis G 16 unabhängig von der jeweils eingelegten Gangstufe.
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In 1 ist beispielhaft ein viertes Nockenelement 5 zum Betätigen einer vierten Bremsklinke 9 eines vierten Bremsschaltelementes B4 dargestellt. Jede Bremsklinke 6, 7, 8, 9 ist als federbelasteter Kipphebel ausgeführt, wobei ein erster Kipphebelarm einer Sperrverzahnung 11 des jeweiligen Getriebebauteils zugeordnet ist und wobei ein zweiter Kipphebelarm einer am Umfang vorgesehenen Kurvenbahn 12, 13, 14, 15 des separat steuerbaren Nockenelements 2, 3, 4, 5 zugeordnet ist. Die Kurvenbahn 12, 13, 14, 15 an jedem Nockenelement 2, 3, 4, 5 weist einen ersten kürzeren, mit größerer Steigung ausgebildeten Rampenabschnitt zum schnellen Einlegen der Bremsklinke und einen zweiten längeren, mit geringerer Steigung ausgebildeten Rampenabschnitt zum Auslegen der Bremsklinke aus der Sperrverzahnung des zugeordneten Getriebebauteils auf. Die Angaben kürzerer und längerer Rampenabschnitt sind auf den Drehwinkelbereich des Nockenelements 2, 3, 4, 5 bezogen, sodass der erste Rampenabschnitt über einen kleineren Drehwinkelbereich und der zweite Rampenabschnitt über einen größeren Drehwinkelbereich verlaufen. Jedes Nockenelement 2, 3, 4, 5 weist zur separaten Ansteuerung einen eigenen Drehantrieb 16 auf, der über ein aus mehreren miteinander gekoppelten Planetenradsätzen bestehendes Reduziergetriebe 17 mit dem jeweiligen Nockenelement 2, 3, 4, 5 in Wirkverbindung steht, um das Nockenelement 2, 3, 4, 5 beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn zu drehen.
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In 1 befindet sich die Bremsklinke 9 des vierten Bremsschaltelementes B4 im ausgelegten Zustand, da sich der zweite Kipphebelarm der Bremsklinke 9 an dem zweiten Rampenabschnitt der Kurvenbahn 15 des Nockenelement 5 kurz vor dem ersten steilen Rampenabschnitt der Kurvenbahn 15 befindet. Demzufolge wird die Bremsklinke 9 gegen die Federkraft derart in einer Position gehalten, in der der erste Kipphebelarm nicht in Eingriff mit der Sperrverzahnung 11 steht. Wenn das Nockenelement 5 durch den zugeordneten Drehantrieb 16 weiter gedreht wird, wird die Bremsklinke 9 aufgrund des steilen Rampenabschnittes freigegeben und kann aufgrund der Federkraft in die Sperrverzahnung 11 eingreifen.
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In 2 ist beispielhaft der Drehantrieb 16 mit dem Reduziergetriebe 17 anhand des vierten Nockenelements 5 zum Betätigen der vierten Bremsklinke 9 des vierten Bremsschaltelements B4 beispielhaft dargestellt. Das Reduziergetriebe 17 besteht beispielhaft aus vier Planetenradsätzen, wobei der Drehantrieb über ein Sonnenrad mit dem Reduziergetriebe gekoppelt ist, während die Hohlräder der Planetenradsätze an dem Gehäuse 10 festgesetzt sind und die Planetenradträger der Planetenradsätze jeweils mit dem Sonnenrad des benachbarten Planetenradsatzes gekoppelt sind, wobei der Planetenradträger des letzten Planetenradsatzes mit dem Nockenelement 5 zum Antrieb verbunden ist.
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Wie beispielsweise aus den 3, 4 und 5 ersichtlich ist, sind die Schwenkachsen der Bremsklinken 6, 7, 8, 9 und die Drehachsen der Nockenelemente 2, 3, 4, 5 etwa achsparallel zu einer zentralen Tretlagergetriebe-Rotationsachse 18 angeordnet.
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In 3 ist eine Anordnungsposition der Nockenelemente 2, 3, 4, 5 und der Bremsklinken 6, 7, 8, 9 in einem gemeinsamen Bereich des Gehäuses 10 dargestellt. In 4 ist eine alternative Anordnungsposition der Nockenelemente und der Bremsklinken in separaten Bereichen des Gehäuses am Umfang des Tretlagergetriebes dargestellt. Unabhängig von der Anordnungsposition ist vorgesehen, dass die erste Bremsklinke 6 und die dritte Bremsklinke 8 einem gemeinsamen Bolzen mit einer gemeinsamen Schwenkachse zugeordnet sind, während die zweite Bremsklinke 7 und die vierte Bremsklinke 9 ebenfalls einem gemeinsamen Bolzen mit einer gemeinsamen Schwenkachse zugeordnet sind.
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Aus den 3, 4 und 5 geht hervor, dass der ersten Bremsklinke 6 des ersten Bremsschaltelementes B1 das erste separat ansteuerbare Nockenelement 2 zugeordnet ist, dass der zweiten Bremsklinken 7 des zweiten Bremsschaltelementes B2 das zweite separat ansteuerbare Nockenelement 3 zugeordnet ist, dass der dritten Bremsklinke 8 des dritten Bremsschaltelementes B3 das dritte separat ansteuerbare Nockenelement 4 zugeordnet ist und dass der vierten Bremsklinke 9 des vierten Bremsschaltelementes B4 das vierte separat ansteuerbare Nockenelement 5 zugeordnet ist.
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In 6 ist eine schematische Darstellung des Tretlagergetriebes mit den vier Planetenradsätzen RS1, RS2, RS3, RS4 dargestellt. Zum Realisieren der 16 Gangstufen G1 bis G16 sind den Planetenradsätzen RS1, RS2, RS3, RS4 vier Bremsen B1, B2, B3, B4 sowie vier Freilaufkupplungen F1, F2, F3, F4 zugeordnet. Der an sich bekannte Getriebeaufbau wird nicht weiter beschrieben, da dieser sich für den Fachmann ergibt.
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Das entsprechende Schaltschema des in den 5 und 6 dargestellten Tretlagergetriebes ist in 7 gezeigt. Bei dem dargestellten Schaltschema gemäß 7 bedeutet ein Strich bei den Bremsschaltelementen B1, B2, B3, B 4 einen geöffneten Zustand, also eine Freigabe des zugeordneten Getriebebauteils, während ein Punkt in dem Schaltschema dem geschlossenen Zustand der Bremsschaltelemente B1, B2, B3, B4 entspricht. Bei den Freilaufkupplungen F1, F2, F3, F4 bedeutet ein Strich in dem Schaltschema zum Realisieren der jeweiligen Gangstufe G1 bis G16 den Überholtriebzustand, während ein Punkt in dem Schaltschema zum Realisieren der entsprechenden Gangstufe G1 bis G16 den Sperrzustand realisiert.
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Eine direkte nicht sequenzielle Schaltung in beliebiger Reihenfolge in einen gewünschten Zielgang G1 bis G16 kann durch die entsprechende Ansteuerung des jeweiligen Nockenelements 2, 3, 4, 5 ausgelöst werden, sodass beispielsweise Schaltungen von der fünfzehnten Gangstufen G15 in die fünfte Gangstufe G5 oder Ähnliches möglich ist.
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Es ist mit dem erfindungsgemäßen Tretlagergetriebe beispielsweise möglich, dass ein Nutzer die Anzahl der Gänge individuell festlegt. Der Nutzer hat insbesondere bei einem Getriebe mit hoher Gangzahl und gleichmäßiger Stufung die Möglichkeit einzelne der Gänge bewusst wegzulassen, um große oder kleine Gangsprünge mit demselben Grundgetriebe darstellen zu können.
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Bezugszeichen
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- 1
- Fahrrad
- 2
- erstes Nockenelement
- 3
- zweites Nockenelement
- 4
- drittes Nockenelement
- 5
- viertes Nockenelement
- 6
- erste Bremsklinke
- 7
- zweite Bremsklinke
- 8
- dritte Bremsklinke
- 9
- vierte Bremsklinke
- 10
- Gehäuse bzw. Tretlagergehäuse
- 11
- Sperrverzahnung
- 12
- Kurvenbahn des ersten Nockenelements
- 13
- Kurvenbahn des zweiten Nockenelements
- 14
- Kurvenbahn des dritten Nockenelements
- 15
- Kurvenbahn des vierten Nockenelements
- 16
- Drehantrieb
- 17
- Reduziergetriebe
- 18
- zentrale Tretlagergetriebe-Rotationsachse
- RS1
- Planetenradsatz
- RS2
- Planetenradsatz
- RS3
- Planetenradsatz
- RS4
- Planetenradsatz
- G1 bis G16 16
- Gangstufen
- B1
- erstes Bremsschaltelement
- B2
- zweites Bremsschaltelement
- B3
- drittes Bremsschaltelement
- B4
- viertes Bremsschaltelement
- F1
- erste Freilaufkupplung
- F2
- zweite Freilaufkupplung
- F3
- dritte Freilaufkupplung
- F4
- vierte Freilaufkupplung
