STUFENLOSES FAHRRADGETRIEBE STAGE-FREE BICYCLE GEAR
Zum ersten Erfindungskomplex gehören die Seiten 2 bis 33, sowie die Figuren 1 bis 10. Er ist inhaltsgleich mit der Priorität DE 10 2014 1 17 137.3. The first invention complex includes pages 2 to 33, as well as the figures 1 to 10. It is the same content with the priority DE 10 2014 1 17 137.3.
Zum zweiten Erfindungskomplex gehören die Seiten 34 bis 65 sowie die Figuren 1 1 bis 20. Er ist inhaltsgleich mit der Priorität DE 10 2014 1 17 140.3, wobei die Figuren 1 1 bis 20 den Figuren 1 bis 10 dieser Priorität entsprechen. The second invention complex includes pages 34 to 65 and Figures 1 1 to 20. It is the same content with the priority DE 10 2014 1 17 140.3, wherein the figures 1 1 to 20 correspond to the figures 1 to 10 of this priority.
Zum dritten Erfindungskomplex gehören die Seiten 66 bis 99 sowie die Figuren 21 bis 30. Er ist inhaltsgleich mit der Priorität 10 2014 1 17 138.1 , wobei die Figuren 21 bis 30 den Figuren 1 bis 10 dieser Priorität entsprechen.
The third complex of the invention includes pages 66 to 99 and FIGS. 21 to 30. It has the same content as priority 10 2014 1 17 138.1, with FIGS. 21 to 30 corresponding to FIGS. 1 to 10 of this priority.
Erster Erfindungskomplex: Stufenloses Fahrradgetriebe First invention complex: Stepless bicycle transmission
Die Erfindung betrifft ein stufenloses Fahrradgetriebe umfassend ein Reibrad-Umlaufgetriebe, The invention relates to a continuously variable bicycle transmission comprising a friction-wheel epicyclic gearbox,
- mit einem Getriebegehäuse, welches die Getriebebauteile umgibt, mit einer angetriebenen Innensonne, welche von zwei axial durch einen umlaufenden Spalt beabstandeten Innenlaufringen gebildet ist und mit einer Außensonne, welche von zwei axial durch einen umlaufenden Spalt beabstandeten Außenlaufringen gebildet ist und - With a gear housing, which surrounds the transmission components, with a driven inner sun, which is formed by two axially spaced by a circumferential gap inner races and with an outer sun, which is formed by two axially spaced by a circumferential gap outer races and
- mit Planeten, die als Doppelkegelräder ausgebildet sind und deren aneinander anliegende Kegelbasen in den Spalt der Innensonne und den Spalt der Außensonne eintauchen, with planets which are designed as double-bevel gears and whose adjoining conical bases dip into the gap of the inner sun and the gap of the outer sun,
wobei die Innensonne die Antriebsseite des Getriebes bildet, ein die Doppelkegelräder tragender Planetenträger die Abtriebsseite des Getriebes bildet und wherein the inner sun forms the drive side of the transmission, a planetary carrier carrying the double bevel gears forms the output side of the transmission, and
die Außensonne als stehendes Bauteil ausgebildet ist, und mit einer ersten, aktiv regelbaren Versteileinrichtung, mittels derer jeweils die Spaltweite zwischen den Innenlaufringen oder den Außenlaufringen veränderbar ist the outer sun is designed as a stationary component, and with a first, actively controllable adjusting device, by means of which in each case the gap width between the inner races or the outer races is variable
- mit einer zweiten, passiv nachführenden Versteileinrichtung, die den jeweils anderen Spalt in seiner Weite anpasst. - With a second, passively adjusting adjusting device, which adjusts the other gap in its width.
Aus dem alltäglichen Gebrauch sind Getriebe für Fahrräder, die sich gestuft schalten lassen, in im Wesentlichen zwei unterschiedlichen Bauformen bekannt. Es existiert zunächst die sogenannte Nabenschaltung, bei welcher die Getriebebauteile in der Radnabe des Hinterrades eines Fahrrades angeordnet sind. Daneben existiert die sogenannte Kettenschaltung, bei welcher am Hinterrad mehrere Zahnräder - die sogenannten Ritzel - mit unterschiedlicher Zahnanzahl und unterschiedlichem Außenumfang angeordnet sind. Über eine Mechanik lässt sich die Kette je nach gewünschtem Übersetzungsverhältnis über eines der Ritzel führen.
Mit dem Aufkommen von Fahrrädern mit insbesondere elektrischem Hilfsantrieb, den sogenannten Pedelecs, haben stufenlos schaltbare Fahrradgetriebe an Bedeutung gewonnen. Ein solches Fahrradgetriebe ist beispielsweise in DE 10 2012 022 953 A1 offenbart. Auf einer starren Achse ist ein Ritzel angeordnet, über welches die Vortriebskraft in das Getriebe eingeleitet wird. Über ein innerhalb eines Getriebegehäuses angeordnetes Doppelkegel-Ring-Getriebe und ein diesem Reibgetriebe nachgeordnetes Zahnrad-Planetengetriebe wird das als Radnabe dienende Getriebegehäuse in Rotation versetzt. From everyday use, transmissions for bicycles, which can be stepped, known in two main types. First, there is the so-called hub gear, in which the transmission components are arranged in the wheel hub of the rear wheel of a bicycle. In addition, there is the so-called derailleur, in which the rear wheel several gears - the so-called pinion - are arranged with different numbers of teeth and different outer circumference. Using a mechanism, the chain can be guided over one of the pinions, depending on the desired gear ratio. With the emergence of bicycles with especially electric auxiliary drive, the so-called pedelecs, continuously variable bicycle transmissions have gained in importance. Such a bicycle transmission is disclosed for example in DE 10 2012 022 953 A1. On a rigid axle, a pinion is arranged, via which the driving force is introduced into the transmission. About a disposed within a transmission housing double-cone ring gear and a friction gear downstream gear planetary gear serving as a hub transmission housing is rotated.
Bei Fahrrädern im Allgemeinen, auch bei der Unterkategorie der Pedelecs, ist der Bauraum für Getriebe und Hilfsmotoren naturgemäß eingeschränkt. Das Fahrrad soll ein möglichst geringes Eigengewicht haben, da die Benutzer die Fahrräder regelmäßig anheben müssen, beispielsweise bei der Anreise mit dem PKW zum Ausgangspunkt einer Radfahrstrecke. Deshalb müssen Getriebe wie auch Hilfsmotoren nach Möglichkeit ein geringes Eigengewicht aufweisen. Dem stehen die physikalischen Anforderungen jedoch entgegen. Die auf das Getriebe wirkende Drehzahl ist vergleichsweise gering, da die Bewegungsgeschwindigkeit der menschlichen Beine limitiert ist. Daraus folgt zwangsläufig eine vergleichsweise hohe Drehmomentbelastung der Komponenten, insbesondere dann, wenn das Nutzergewicht für den Antrieb des Fahrrads mitgenutzt wird, wie es beispielsweise beim sogenannten Wiegetritt der Fall ist. Ein durchschnittlicher Radfahrer erzeugt Drehmomente von etwa 50 Nm, beim Wiegetritt können Drehmomente von 180 Nm auftreten, im Leistungssport sind noch höhere Drehmomente möglich. Um solchen Drehmomenten standzuhalten, müssen entsprechend stabile Komponenten im Getriebe verbaut werden, was den Anforderungen an Bauraum- und Gewichtsersparnis entgegengesetzt ist.
Vergleichbar widerstreitende Anforderungen werden an den Hilfsmotor gestellt. Je nach Anordnung als Nabenmotor oder Mittelmotor - der Mittelmotor wirkt auf Rotationsachse des Kurbelantriebs - müssen insbesondere zur Anfahrunterstützung wie auch zur Unterstützung bei Gegenwind und Bergauffahrt hohe Drehmomente bei vergleichsweise geringer Motordrehzahl bereitgestellt werden, was eine Mindestmotorgröße erfordert. Unter der Prämisse einer Gewichts- und Bauraumoptimierung wären jedoch kleine Motoren wünschenswert, die mit einem geringen Drehmoment, jedoch hoher Drehzahl den Vortrieb des Fahrrades unterstützen. For bicycles in general, even in the subcategory of pedelecs, the space for transmission and auxiliary motors is naturally limited. The bike should have the lowest possible weight, as the user must raise the bike regularly, for example, when traveling by car to the starting point of a cycling route. Therefore, gearboxes as well as auxiliary motors must, if possible, have a low dead weight. However, this is opposed by the physical requirements. The speed acting on the transmission is comparatively low, since the speed of movement of the human legs is limited. This inevitably results in a comparatively high torque load of the components, in particular if the user weight is shared for the drive of the bicycle, as is the case, for example, in the so-called weighing step. An average cyclist generates torques of about 50 Nm, during the stepping, torques of 180 Nm can occur, in competitive sports even higher torques are possible. To withstand such torques, correspondingly stable components must be installed in the transmission, which is contrary to the requirements for space and weight savings. Comparable conflicting requirements are placed on the auxiliary engine. Depending on the arrangement as a hub motor or mid-engine - the center motor acts on the axis of rotation of the crank drive - high torques at a comparatively low engine speed must be provided in particular for starting assistance as well as to assist in headwind and uphill driving, which requires a minimum motor size. However, under the premise of weight and space optimization, small motors would be desirable that support the propulsion of the bicycle with low torque but high speed.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges, stufenloses Fahrradgetriebe bereitzustellen, welches bei einfachem Aufbau den Drehmomenten standhält und Basis für eine hoch integrierte Antriebsanordnung für ein Fahrrad sein kann. The object of the invention is to provide a novel, continuously variable bicycle transmission, which withstand the torques with a simple structure and can be the basis for a highly integrated drive assembly for a bicycle.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst von einem stufenlosen Fahrradgetriebe mit den Merkmalen des Anspruches 1 . The object of the invention is achieved by a continuously variable bicycle transmission with the features of claim 1.
Ein vergleichbares Getriebe ist in der DE 106 72 74 für industrielle Zwecke offenbart. Es ist - wie die Erfindung erkannt hat - als Ansatz zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besonders gut geeignet, da das Getriebegehäuse rotationslos gehalten werden kann und deshalb als Träger für diverse Antriebskomponenten eines Fahrradhinterrades dienen kann. A comparable transmission is disclosed in DE 106 72 74 for industrial purposes. It is - as the invention has recognized - particularly well suited as an approach to the solution of the object according to the invention, since the gear housing can be held without rotation and therefore can serve as a carrier for various drive components of a bicycle rear wheel.
Das erfindungsgemäße Getriebe bietet in einer ersten Ausführungsform mit drei Planeten, deren Kegelflächen an jeweils den zwei Innenlaufringen und den zwei Außenlaufringen abrollen, 12 Übertragungsstellungen für das eingeleitete Drehmoment.
Je nach Auslegung lässt sich die Anzahl der Planeten erhöhen, wobei mit jedem zusätzlichen Planeten vier zusätzlich drehmomentübertragende Stellen hinzukommen. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform mit 6 Planeten, die als Doppelkegelräder ausgebildet sind, so dass dieses Getriebe an insgesamt 24 Stellen Drehmoment auf den Abtrieb übergibt. The transmission of the invention provides in a first embodiment with three planets whose conical surfaces roll on each of the two inner races and the two outer races, 12 transmission positions for the introduced torque. Depending on the design, the number of planets can be increased, with four additional torque-transmitting points added to each additional planet. Particularly preferred is an embodiment with 6 planets, which are designed as a double bevel gears, so that this gear transmits torque to the output at a total of 24 points.
Das feststehende Getriebegehäuse eignet sich hervorragend, um bei Verwendung nur weniger Zusatzbauteile das erfindungsgemäße Fahrradgetriebe um einen Elektromotor zu ergänzen. So sieht eine mögliche Ausführungsform der Erfindung vor, den Stator des Elektromotors außenumfänglich auf dem Getriebegehäuse anzuordnen, welches dann als Träger für den Stator dient. Eine das Getriebegehäuse in etwa glockenartig überfangende Radnabe trägt innenumfänglich den Rotor. Auf diese Weise lässt sich ein Elektromotor realisieren, der ohne Zwischenschaltung des erfindungsgemäßen Getriebes das Hinterrad direkt antreibt. The fixed gear housing is ideal to supplement when using only a few additional components, the bicycle transmission according to the invention by an electric motor. Thus, one possible embodiment of the invention provides for arranging the stator of the electric motor on the outside of the transmission housing, which then serves as a carrier for the stator. A gear hub approximately in a bell-like overlapping hub carries the inner circumference of the rotor. In this way, an electric motor can be realized, which drives the rear wheel directly without interposition of the transmission according to the invention.
Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher der Motor innerhalb des feststehenden Getriebegehäuses angeordnet ist. Hierzu trägt das feststehende Getriebegehäuse innenumfänglich den Stator, dem ein Rotor zugeordnet ist. Hierbei ist vorgesehen, den Rotor mit dem antriebsseitigen Getriebeeingang zu koppeln. However, particularly preferred is an embodiment in which the engine is disposed within the fixed gear housing. For this purpose, the stationary gear housing bears inside the stator, which is associated with a rotor. Here it is provided to couple the rotor with the drive-side transmission input.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, welche sich dadurch kennzeichnet, dass der Antriebsseite des Reibrad-Umlaufgetriebes ein Zahnrad-Umlaufgetriebe mit festem Übersetzungsverhältnis i deutlich kleiner 1 vorgeschaltet ist, welches ein zentrales Innenrad und ein das Innenrad umgebendes Hohlrad aufweist, zwischen denen Zahnräder als Planetenräder angeordnet sind. Particularly preferred is an embodiment which is characterized in that the drive side of the friction wheel epicyclic a gear epicyclic gear with a fixed ratio i is significantly smaller upstream of 1, which has a central inner wheel and a ring gear surrounding the inner ring, between which arranged gears as planetary gears are.
Wenn dem Getriebe auf der Antriebsseite im Kraftfluss ein Zahnrad- Umlaufgetriebe der vorgenannten Art vorgeschaltet ist, lässt sich das
Übersetzungsverhältnis i zwischen dem Kettenblatt des Kurbelant ebs des Fahrrades und dem Eingang des Reibrad-Umlaufgetriebes erheblich verringern. Die geringe Umdrehungsgeschwindigkeit des Kettenblatts mit seinen hohen Drehmomenten wird in eine sehr hohe Umdrehung bei niedrigen Drehmomenten gewandelt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Eingangsdrehmomente des Reibrad-Umlaufgetriebes möglichst gering sind. Deshalb können ohne Funktionseinschränkung weniger massive Bauteile zur Realisierung des Reibrad-Umlaufgetriebes genutzt werden. Unabhängig davon, ob dem Reibrad-Umlaufgetriebe ein Zahnrad- Umlaufgetriebe vorgeschaltet ist, kann eine Rutschkupplung vorgesehen sein, die im Kraftfluss dem hinteren Ritzel nachgeschaltet ist und Drehmomentspitzen zum Schutz des Fahrradgetriebes abfängt. Das Reibrad-Umlaufgetriebe selbst weist eine variable Übersetzung mit einem Übersetzungsverhältnis i > 1 über den gesamten Verstellbereich auf und wandelt so die hohen Eingangsdrehzahlen in adäquate Ausgangsdrehzahlen zum Antrieb des Hinterrades des Fahrrades. Es ist vorgesehen, dass der Abtriebsseite des Reibrad-Umlaufgetriebes ein Freilauf nachgeschaltet ist. If the transmission on the drive side in the power flow upstream of a gear epicyclic gearbox of the aforementioned type, can be that Gear ratio i between the chainring of the Kurbelant ebs of the bicycle and the input of the friction-wheel epicyclic gearbox significantly reduce. The low speed of rotation of the chainring with its high torque is converted into a very high rotation at low torques. In this way it is achieved that the input torques of the friction-wheel epicyclic gear are as small as possible. Therefore, less massive components can be used to realize the friction wheel epicyclic gear without function restriction. Regardless of whether the friction gear epicyclic a gear epicyclic gear is connected upstream, a slip clutch can be provided, which is followed in the power flow of the rear sprocket and intercepts torque peaks to protect the bicycle transmission. The friction-wheel epicyclic itself has a variable ratio with a gear ratio i> 1 over the entire adjustment range and thus converts the high input speeds into adequate output speeds to drive the rear wheel of the bicycle. It is envisaged that the output side of the friction wheel epicyclic gear is followed by a freewheel.
Ferner ist vorgesehen, dass eine Rücktrittbremse vorgesehen ist, die unter Umgehung des Reibrad-Umlaufgetriebes und des Zahnrad- Umlaufgetriebes auf das Hinterrad des Fahrrades wirkt. It is further provided that a coaster brake is provided, which acts bypassing the friction wheel epicyclic gear and the epicyclic gear on the rear wheel of the bicycle.
Der wesentliche Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass das gewählte Übersetzungsverhältnis im Fahrradgetriebe keine Auswirkung auf die Bremswirkung hat, die in die Rücktrittbremse eingeleitete Kraft also unmittelbar und allenfalls konstant übersetzt antriebsverzögernd wirkt.
Bei einer konkreten Ausführungsform der voran schon erwähnten Integration eines Elektromotors ist vorgesehen, dass das Getriebegehäuse den Stator trägt und die Radnabe glockenförmig ausgebildet ist, den Rotor trägt und das Getriebegehäuse umgibt. The main advantage of this embodiment is that the selected gear ratio in the bicycle transmission has no effect on the braking effect, ie the force introduced into the coaster brake so immediate and possibly constant translates drive delay. In a specific embodiment of the previously mentioned integration of an electric motor is provided that the gear housing carries the stator and the hub is bell-shaped, carries the rotor and surrounds the gear housing.
Diese Ausführungsform hat den wesentlichen Vorteil, dass aufgrund des feststehenden Getriebegehäuses die Integration eines solchen Motors besonders einfach und mit der geringstmöglichen Anzahl von Bauteilen realisierbar ist. This embodiment has the significant advantage that due to the fixed gear housing, the integration of such a motor is particularly simple and with the least possible number of components feasible.
Alternativ zur Glockenform kann die den Rotor tragende Radnabe auch ein das Getriebegehäuse vollständig umgebendes Rotorgehäuse bilden, so dass die Kapselung des Motors gegen Fremdstoffe auf diese Weise realisiert wird. Auch wenn auf den ersten Blick die direkte und unmittelbare Wirkung des Motors auf das Hinterrad unter Umgehung des erfindungsgemäßen Fahrradgetriebes nachteilig erscheinen mag, da hier vergleichsweise hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen realisiert werden müssen, spielt dies in der Praxis allenfalls eine untergeordnete Rolle. Da der Stator und der Rotor das Getriebegehäuse außenumfänglich umgeben, wird eine Mindestgröße des Motors erzwungen, welche die erforderlichen Drehmomente ohne weiteres gewährleistet. As an alternative to the bell shape, the wheel hub carrying the rotor can also form a rotor housing which completely surrounds the gear housing, so that the encapsulation of the motor against foreign substances is realized in this way. Although at first glance, the direct and immediate effect of the engine on the rear wheel, bypassing the bicycle transmission according to the invention may seem disadvantageous, since comparatively high torques must be realized at low speeds, this plays in practice at most a minor role. Since the stator and the rotor surround the outer circumference of the gear housing, a minimum size of the motor is enforced, which ensures the required torques readily.
Die bereits eingangs vorgestellte, zweite Variante einer möglichen Motorintegration kennzeichnet sich in einer konkreten Ausführungsform dadurch, dass der Antriebsseite ein Elektromotor vorgeschaltet ist, dessen Stator vom Getriebegehäuse getragen und innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist und der innerhalb des Getriebegehäuses angeordnete Rotor zumindest mittelbar auf die Innensonne des Reibrad-Umlaufgetriebes wirkt. The already presented at the outset, the second variant of a possible engine integration is characterized in a specific embodiment in that the drive side is preceded by an electric motor, the stator is supported by the transmission housing and disposed within the transmission housing and disposed within the transmission housing rotor at least indirectly to the inner sun Friction wheel epicyclic gear acts.
Da der Motor über das Reibrad-Umlaufgetriebe auf das Hinterrad des Fahrrades wirkt, lässt er sich mit wesentlichen höheren Drehzahlen und
geringen Drehmomenten betreiben, so dass er kleinbauend innerhalb des Getriebegehäuses untergebracht werden kann. Since the engine acts on the rear wheel of the bicycle via the friction-wheel epicyclic gearbox, it can be operated at substantially higher speeds and operate low torques, so that it can be accommodated small-sized within the gear housing.
Es ist denkbar, dass der so zuvor beschriebene Elektromotor nicht unmittelbar auf die Innensonne des Reibrad-Umlaufgetriebes wirkt, sondern vermittels des in Kraftfluss dann vorgeschalteten Zahnrad- Umlaufgetriebes. It is conceivable that the electric motor described above does not act directly on the inner sun of the friction-wheel epicyclic gearbox, but rather by means of the gear-type epicyclic gearset which is then connected upstream in force flow.
Für eine kompakte Bauform des erfindungsgemäßen Fahrradgetriebes ist vorgesehen, dass das den Abtrieb des Zahnrad-Umlaufgetriebes bildende zentrale Innenrad mittels eines Koppelgliedes mit der Innensonne des Reibrad-Umlaufgetriebes gekoppelt ist. For a compact design of the bicycle transmission according to the invention it is provided that the output of the gear-epicyclic gear forming central inner wheel is coupled by means of a coupling member with the inner sun of the friction-wheel epicyclic gear.
Weitere Vorteile der Erfindung sowie ein besseres Verständnis derselben folgen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Further advantages of the invention and a better understanding of the same follow from the following description of exemplary embodiments. Show it:
Fig einen perspektivischen Dreiviertelschnitt einer ersten Fig. A perspective three-quarter section of a first
Ausführungsform der Erfindung; Embodiment of the invention;
Fig 2 einen Längsschnitt der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ; Figure 2 is a longitudinal section of the embodiment of FIG. 1;
Fig 3 die Darstellung gemäß Fig. 2; FIG. 3 shows the illustration according to FIG. 2; FIG.
Fig 4 den Dreiviertelschnitt gemäß Fig 1 quergeschnitten gemäß Schnittlinie A-A in Fig. 3; 4 shows the three-quarter section according to FIG. 1 cross-sectionally along section line A-A in FIG. 3;
Fig 5 den Dreiviertelschnitt gemäß Fig 1 quergeschnitten gemäß Schnittlinie B-B in Fig. 3; 5 shows the three-quarter section according to FIG. 1 cross-cut according to section line B-B in FIG. 3;
Fig. 6: den Dreiviertelschnitt gemäß Fig. 1 quergeschnitten entsprechend Schnittlinie C-C in Fig. 3;
Fig. 7: den Dreiviertelschnitt gemäß Fig. 1 quergeschnitten gemäß Schnittlinie D-D in Fig. 3; Fig. 6: the three-quarter section of Figure 1 cross-cut according to section line CC in Fig. 3. FIG. 7 shows the three-quarter section according to FIG. 1 cross-sectionally according to section line DD in FIG. 3; FIG.
Fig. 8: den Dreiviertelschnitt gemäß Fig. 1 quergeschnitten gemäß Schnittlinie E-E in Fig. 3; FIG. 8: the three-quarter section according to FIG. 1, cross-sectioned according to section line E-E in FIG. 3; FIG.
Fig. 9: eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit außen laufendem Elektromotor; 9 shows a second embodiment of the invention with an external electric motor;
Fig. 10: eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit innen laufendem Elektromotor. 10 shows a third embodiment of the invention with an internal electric motor.
In den Figuren ist ein erfindungsgemäßes, stufenloses Fahrradgetriebe insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen. In the figures, an inventive, continuously variable bicycle transmission is generally designated by the reference numeral 10.
Das stufenlose Fahrradgetriebe 10 wird im Folgenden anhand der Figuren 1 und 2 in seinem grundsätzlichen Aufbau erläutert. Ergänzend wird auf die übrigen Figuren verwiesen werden. The stepless bicycle transmission 10 will be explained in the following with reference to Figures 1 and 2 in its basic structure. In addition, reference will be made to the other figures.
Die Erfindung geht von einem Fahrrad aus, wie es allgemein in Form eines Zweirades - als Sonderform dreirädrig - bekannt ist. Ein Rahmen trägt ein Vorderrad und ein Hinterrad, wobei ein Kurbelantrieb vorgesehen ist, der mittels einer Kette oder eines Zahnriemens über ein vorderes Kettenblatt die Antriebskraft auf ein am Hinterrad angeordnetes Ritzel aufbringt. In der Regel ist das Kettenblatt von seinem Umfang her größer als das Ritzel am Hinterrad. Deshalb stellt sich zwischen Kettenblatt und Ritzel ein erstes Übersetzungsverhältnis ein. Die Übersetzung ist definiert als i = Antrieb . wobei für Abtrieb und Antrieb wahlweise die Anzahl der Zähne beziehungsweise der wirksame Radumfang anzusetzen ist. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Kettenblatt und hinterem Ritzel ist also in der Regel i < 1 .
Eine starre, das heißt rotationslos in der hinteren Gabel gehaltene Achse 1 1 - auch Tragachse 1 1 genannt - trägt erste Lager 12, mittels derer eine Hülse 13 - auch Antriebshülse 13 genannt - auf der Achse 1 1 gehalten ist. Die Hülse 13 kann dank der Lager 12 um die Achse 1 1 rotieren. Ein Zahnrad, das sogenannte Ritzel 14 ist drehfest mit der Antriebshülse 13 verbunden. The invention is based on a bicycle, as it is generally known in the form of a bicycle - as a special three-wheeled - known. A frame carries a front wheel and a rear wheel, wherein a crank drive is provided which applies by means of a chain or a toothed belt via a front chainring the driving force to a pinion arranged on the rear wheel. As a rule, the chainring is larger in circumference than the pinion on the rear wheel. Therefore, a first gear ratio arises between the chainring and the pinion. The translation is defined as i = drive. wherein for output and drive either the number of teeth or the effective wheel circumference is set. The transmission ratio between the chainring and the rear sprocket is therefore i <1. A rigid, that is held without rotation in the rear fork axis 1 1 - also called support shaft 1 1 - carries first bearing 12, by means of which a sleeve 13 - also called drive sleeve 13 - is held on the axis 1 1. The sleeve 13 can rotate about the axis 1 1 thanks to the bearings 12. A gear, the so-called pinion 14 is rotatably connected to the drive sleeve 13.
Das Ritzel 14 stellt für die folgenden Betrachtungen die Antriebsseite des erfindungsgemäßen Fahrradgetriebes dar. The pinion 14 represents the drive side of the bicycle transmission according to the invention for the following considerations.
Am axial dem Ritzel 14 gegenüberliegenden Ende der Achse 1 1 ist die Radnabe 17 angeordnet. Sie ist über zweite Lager 18 rotativ an der Achse 1 1 festgelegt, kann sich also um die Achse 1 1 herum drehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel trägt die Bremsmomentbrücke 49 das zweite Lager 18, so dass diese zwischen der Radnabe 17 und der Achse 1 1 das vermittelnde Bauteil ist. At the axially opposite the pinion 14 end of the axis 1 1, the hub 17 is arranged. It is fixed via second bearing 18 rotatably on the axis 1 1, so it can rotate around the axis 1 1 around. In the illustrated embodiment, the brake torque bridge 49 carries the second bearing 18 so that it is the mediating component between the hub 17 and the axis 1 1.
Dem Ritzel 14 im Kraftfluss nachgeordnet ist ein Zahnrad-Umlaufgetriebe 19. Dieses umfasst - im Kraftfluss gesehen - zunächst einen ersten Planetenträger 20, der Planetenräder in Form von Zahnrädern 21 trägt und drehfest auf der Hülse 13 angeordnet ist. Infolgedessen dreht sich der Planetenträger 20 mit derselben Umdrehungszahl wie die Hülse 13. Das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 beinhaltet ferner ein Innenrad 22 mit einer Außenverzahnung, um welches die Zahnrad-Planeten 21 - in die Verzahnung eingreifend - herumlaufen. Ferner umfasst das Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 ein äußeres Hohlrad 23 mit einer Innenverzahnung, welches die Planetenräder 21 umgibt. Dieser Aufbau ist ergänzend in Fig . 4 dargestellt.
Das Innenrad 22 weist einen Hülsenabschnitt 24 auf, mit welchem es rotationsbeweglich auf der Hülse 13 gelagert ist. Infolgedessen kann sich das Innenrad 22 relativ zur Hülse 13 drehen. Das Hohlrad 23 hingegen ist rotationsstarr angeordnet vom Gehäuse 41 gehalten und dreht sich in Bezug auf die Hülse 13 beziehungsweise die Achse 1 1 nicht. Subordinate to the pinion gear 14 in the power flow is a gear epicyclic geared 19. This comprises - seen in the power flow - first a first planet carrier 20, the planetary gears in the form of gears 21 and rotatably mounted on the sleeve 13 is arranged. As a result, the planet carrier 20 rotates at the same number of revolutions as the sleeve 13. The epicyclic gear 19 further includes an internal gear 22 having external teeth around which the planetary gears 21 - engaging in the teeth - run around. Further, the gear epicyclic gear 19 comprises an outer ring gear 23 with an internal toothing, which surrounds the planetary gears 21. This structure is supplementary in Fig. 4 shown. The inner wheel 22 has a sleeve portion 24, with which it is rotatably mounted on the sleeve 13. As a result, the inner wheel 22 can rotate relative to the sleeve 13. The ring gear 23, however, is arranged rotationally fixed by the housing 41 and does not rotate with respect to the sleeve 13 and the axis 1 1.
Das stufenlose Fahrradgetriebe 10 beinhaltet ferner ein insgesamt mit der Bezugsziffer 25 versehenes Reibrad-Umlaufgetriebe. Das Reibrad- Umlaufgetriebe 25 beinhaltet zunächst eine Außensonne 26, die von zwei Außenlaufringen 27 gebildet ist. Die Außenlaufringe 27 sind zueinander beabstandet angeordnet und bilden zwischen sich einen ersten Spalt 28. Ein Außenlaufring 27 lässt sich in Längsrichtung der Achse 1 1 verschieben. Die Außenlaufringe 27 sind hinsichtlich der Achse 1 1 rotationsfest am Getriebegehäuse 41 angeordnet. Eine Rotation der Außenlaufringe 27 beziehungsweise der Außensonne 26 um die Achse 1 1 herum findet grundsätzlich nicht statt. Eine Ausnahme besteht lediglich bei einer Verstellung des verschieblichen Laufrings 27, die mit einer Schraubbewegung einhergeht. Das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 umfasst ferner eine Innensonne 29. Die Innensonne 29 wird von zwei zueinander beabstandet angeordneten Innenlaufringen 30 gebildet. Die Innenlaufringe 30 bilden zwischen sich einen zweiten Spalt 31 und sind hinsichtlich der Achse 1 1 in Axialrichtung verschieblich gelagert. Sie sind außerdem rotativ hinsichtlich der Achse 1 1 gelagert, rotieren demnach um die Achse 1 1 . Die Innenlaufringe 30 sind zueinander drehfest gekoppelt, beispielsweise über Stifte oder eine gemeinsame, verzahnte Hülse. Die Spaltweite des zweiten Spaltes 31 wird über eine Drehmomentkupplung 32 gesteuert, die unter anderem einen Koppelring 33 beinhaltet, der rotationsfest mit dem Innenrad 22, insbesondere dessen Hülsenabschnitt 24 verbunden ist. Eine Tellerfeder 67 dient als Vorspannelement der Drehmomentkupplung 32.
Die Drehmomentkupplung 32 hält die Innensonne 29, ist zudem rotationsgekoppelt auf dem Hülsenabschnitt 24 des Innenrades 22 angeordnet und dreht sich demzufolge mit der gleichen Umdrehungszahl wie das Innenrad 22. Der Hülsenabschnitt 24 ist gleichsam das Koppelglied zwischen Zahnrad-Umlaufgetriebe und der Innensonne des Reibrad-Umlaufgetriebes 25. The continuously variable bicycle transmission 10 further includes a friction-wheel epicyclic gearbox, indicated generally by reference numeral 25. The friction-wheel epicyclic gear 25 first includes an outer sun 26, which is formed by two outer races 27. The outer races 27 are spaced from each other and form between them a first gap 28. An outer race 27 can be in the longitudinal direction of the axis 1 1 move. The outer races 27 are rotationally fixed to the transmission housing 41 with respect to the axis 1 1. A rotation of the outer races 27 and the outer sun 26 about the axis 1 1 around basically does not take place. An exception is only with an adjustment of the sliding race 27, which is accompanied by a screwing movement. The friction-wheel epicyclic transmission 25 further comprises an inner sun 29. The inner sun 29 is formed by two spaced-apart inner races 30. The inner races 30 form between them a second gap 31 and are slidably mounted with respect to the axis 1 1 in the axial direction. They are also rotatably mounted with respect to the axis 1 1, therefore rotate about the axis 1 1. The inner race 30 are rotatably coupled to each other, for example via pins or a common toothed sleeve. The gap width of the second gap 31 is controlled by a torque coupling 32, which includes, inter alia, a coupling ring 33 which is rotationally fixed to the inner wheel 22, in particular its sleeve portion 24 is connected. A plate spring 67 serves as a biasing element of the torque coupling 32nd The torque clutch 32 holds the inner sun 29, is also rotatably mounted on the sleeve portion 24 of the inner wheel 22 and thus rotates at the same speed as the inner wheel 22. The sleeve portion 24 is like the coupling member between the epicyclic gear and the inner sun of the friction wheel epicyclic gear 25th
Zwischen der Innensonne 29 und der Außensonne 26 des Reibrad- Umlaufgetriebes 25 sind Doppelkegelräder 34 angeordnet. Das Doppelkegelrad 34 ist dabei so aufgebaut, dass die Kegelbasen aneinander anliegen und in den ersten Spalt 28 zwischen den Außenlaufringen 27 und den zweiten Spalt 31 zwischen den Innenlaufringen 30 eintauchen, so dass die Kegelumfangsflächen an den Außenlaufringen 27 und Innenlaufringen 30 abrollen. Zum Aufbau des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 wird auf Fig. 5 verwiesen. Hier wird ein Radialschnitt durch die Ebene der Kegelbasen der Doppelkegelräder 34 gezeigt. Between the inner sun 29 and the outer sun 26 of the friction wheel epicyclic gear 25 double bevel gears 34 are arranged. The Doppelkegelrad 34 is constructed so that the cone bases abut each other and immerse in the first gap 28 between the outer races 27 and the second gap 31 between the inner races 30, so that the Kegelumfangsflächen roll on the outer races 27 and inner races 30. For construction of the friction wheel epicyclic gear 25, reference is made to FIG. 5. Here a radial section through the plane of the conical bases of the double bevel gears 34 is shown.
Die Doppelkegelräder 34 sind ihrerseits mit einem zweiten Planetenträger 35 verbunden, der die Doppelkegelräder 34 hält. Der zweite Planetenträger 35 umfasst Schwingen 36, die einerseits jeweils eine Achse 56 eines Doppelkegelrades 34 halten und andererseits über einen Bolzen 57 an einem Planetenträgerring 38 festgelegt sind. Hierzu wird auf Fig. 6 verwiesen, welche die Anordnung der Doppelkegelräder 34 in den Schwingen 36 zeigt. Die Schwingen 36 sind in bevorzugter Ausführungsform einteilig und aus einem Sintermetall gefertigt, welches als Lager für den Bolzen 57 und die Achse 56 dient. The Doppelkegelräder 34 are in turn connected to a second planet carrier 35 which holds the Doppelkegelräder 34. The second planetary carrier 35 comprises rockers 36 which, on the one hand, respectively hold an axis 56 of a double-bevel gear 34 and, on the other hand, are fixed to a planet carrier ring 38 via a bolt 57. Reference is made to Fig. 6, which shows the arrangement of the double bevel gears 34 in the rocker 36. The rockers 36 are in a preferred embodiment in one piece and made of a sintered metal, which serves as a bearing for the bolt 57 and the axis 56.
Dieser Aufbau des zweiten Planetenträgers 35 ermöglicht eine Radialbewegung der Doppel kegelräder 34 in Bezug auf die Achse 1 1 . Fig. 7 zeigt den zweiten Planetenträger 35 in seiner Anordnung im Getriebegehäuse 41 .
Der zweite Planetenträger 35 rotiert um die Achse 1 1 und ist mit einer Abtriebshülse 39 über einen Freilauf 66 in Vortriebsrichtung rotationsfest verbunden, das heißt, dass sich die Abtriebshülse 39 in Vortriebsrichtung mit der gleichen Umdrehungszahl wie der Planetenträger um die Achse 1 1 dreht. Die Abtriebshülse 39 ist zudem drehfest mit der Radnabe 17 gekoppelt, so dass diese sich mit derselben Umdrehungszahl wie die Abtriebshülse 39 um die Achse 1 1 dreht. Zum Reibrad-Umlaufgetriebe 25 gehört schließlich noch eine Versteileinrichtung 40, mit welcher die axiale Spaltweite des ersten Spaltes 28 verändert werden kann. This structure of the second planetary carrier 35 allows a radial movement of the double bevel gears 34 with respect to the axis 1 1. FIG. 7 shows the second planetary carrier 35 in its arrangement in the transmission housing 41. The second planetary carrier 35 rotates about the axis 1 1 and is rotatably connected to an output sleeve 39 via a freewheel 66 in the forward drive direction, that is, that the output sleeve 39 rotates in the drive direction with the same number of revolutions as the planet carrier about the axis 1 1. The output sleeve 39 is also rotatably coupled to the wheel hub 17 so that it rotates about the axis 1 1 with the same number of revolutions as the output sleeve 39. Finally, an adjusting device 40 with which the axial gap width of the first gap 28 can be changed still belongs to the friction wheel planetary gear 25.
Ein Getriebegehäuse 41 umgibt das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 sowie das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 und ist über eine Drehmomentstütze 42 fest mit dem Rahmen des Fahrrades verbunden. Infolgedessen ist das Getriebegehäuse 41 rotationsfest, also starr am Fahrradrahmen angeordnet und dreht sich nicht um die Achse 1 1 . Zu Kühlungszwecken, die später beschrieben werden, ist Aluminium aufgrund seiner guten Wärmeleiteigenschaften das bevorzugte Gehäusematerial Sowohl das Hohlrad 23 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 wie auch die Außensonne 26 des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 sind deshalb rotationsfest am Getriebegehäuse 41 festgelegt. Ein drittes Lager 43 zwischen Getriebegehäuse 41 und Hülse 13 erlaubt die Relativbewegung der Hülse 13 zum Getriebegehäuse 41 . Ein viertes Lager 44 erlaubt eine Relativbewegung zwischen den starr angeordneten Getriebegehäuse 41 und der Abtriebshülse 39. Ein fünftes Lager 45 stützt die Abtriebshülse 39 über das Spreizteil 73 der Rücktrittbremse 46 auf der Tragachse 1 1 ab. Innerhalb der Abtriebshülse 39 ist eine Rücktrittbremse 46 angeordnet, die als Rollenbremse ausgestaltet ist. Im Bereich von Rollen 47, die einen Abschnitt der Antriebshülse 13 umgeben, weist die Antriebshülse 13
radiale Rampen auf. Wird auf das Ritzel 14 eine der Antriebsbewegung entgegengesetzte Bewegung aufgezwungen, drücken die Rampen die Rollen 47 nach außen gegen Bremsbacken 48, welche gegen die Innenumfangsfläche der Abtriebshülse 39 gedrückt wird. Die Bremsbacken 48 sind über eine Bremsmomentbrücke 49 mit einer Bremsmomentstütze 50 gekoppelt, die ihrerseits drehfest mit dem Fahrradrahmen verbunden ist. A gear housing 41 surrounds the epicyclic gear 19 and the friction gear epicyclic gear 25 and is connected via a torque arm 42 fixed to the frame of the bicycle. As a result, the gear housing 41 is rotationally fixed, so rigidly arranged on the bicycle frame and does not rotate about the axis 1 1. For cooling purposes, which will be described later, aluminum is the preferred housing material due to its good thermal conduction properties. Both the ring gear 23 of the epicyclic gear 19 and the outer sun 26 of the friction wheel epicyclic gear 25 are therefore fixed to the gear housing 41 in a rotationally fixed manner. A third bearing 43 between the gear housing 41 and sleeve 13 allows the relative movement of the sleeve 13 to the transmission housing 41st A fourth bearing 44 allows a relative movement between the rigidly arranged gear housing 41 and the output sleeve 39. A fifth bearing 45 supports the output sleeve 39 via the expansion part 73 of the coaster brake 46 on the support shaft 1 1. Within the output sleeve 39, a coaster brake 46 is arranged, which is designed as a roller brake. In the area of rollers 47 which surround a section of the drive sleeve 13, the drive sleeve 13 radial ramps on. When a movement opposite to the drive movement is imposed on the pinion 14, the ramps push the rollers 47 outwardly against brake shoes 48, which are pressed against the inner circumferential surface of the output sleeve 39. The brake shoes 48 are coupled via a brake torque bridge 49 with a brake torque arm 50, which in turn is rotatably connected to the bicycle frame.
Um die beim Bremsen entstehende Wärme gut abführen zu können, schlägt die Erfindung ein vorteilhaftes Kühlsystem vor. Zu diesem Kühlsystem gehören zunächst in Umfangsrichtung verlaufende, außenumfänglich auf der Abtriebshülse 39 aufgebrauchte Kühlrippen 51 . Die Radnabe 17 weist in ihrem die Abtriebshülse 39 umgebenden Bereich Luftzufuhröffnungen 52 auf, die umfangsbeabstandet zueinander angeordnet sind. Zwischen den Luftzuführöffnungen 52 sind auf der Innenseite der Radnabe 17 Luftschaufeln 53 angeordnet. Das Getriebegehäuse 41 trägt den Luftschaufeln 53 zugewandte Luftleitrippen 54. Dies ist auch in Fig. 8 dargestellt. Funktion des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels: In order to dissipate the heat generated during braking well, the invention proposes an advantageous cooling system. To this cooling system initially belonging in the circumferential direction, the outer circumference exhausted on the output sleeve 39 cooling fins 51 belong. The wheel hub 17 has in its surrounding the output sleeve 39 area air supply openings 52 which are circumferentially spaced from each other. Between the air supply openings 52 17 air blades 53 are arranged on the inside of the wheel hub. The gear housing 41 carries the air blades 53 facing Luftleitrippen 54. This is also shown in Fig. 8. Function of the above-described embodiment:
Über einen nicht dargestellten Kurbelantrieb, der ein vorderes Kettenblatt aufweist, wird über ein Zugmittel, beispielsweise eine Kette, eine Antriebskraft auf das hintere Ritzel 14 übertragen. Alternativ zu einem gängigen Kettenantrieb, bei welchem das vordere Kettenblatt sowie das Ritzel 14 als Zahnrad ausgebildet und über eine Kette miteinander verbunden sind, ist der Antrieb über einen Zahnriemen denkbar und hat aufgrund einer geringeren Geräuschentwicklung sowie eines Betriebes ohne Schmiermittel nicht unerhebliche Vorteile. Via a crank drive, not shown, which has a front chainring, a driving force is transmitted to the rear sprocket 14 via a traction means, such as a chain. As an alternative to a common chain drive, in which the front chainring and the pinion 14 are formed as a gear and connected to each other via a chain, the drive via a toothed belt is conceivable and has significant advantages due to a lower noise and operation without lubricant.
Das vordere Kettenblatt ist größer als das hintere Kettenblatt, so dass zusammen mit dem Zugmittel eine erste Übersetzung gebildet ist. Diese
kann auch als Zugmittelgetriebe bezeichnet werden. Diese erste Übersetzung weist meistens ein Übersetzungsverhältnis von i deutlich kleiner 1 auf. Eine relative langsame Umdrehung des vorderen Kettenblattes wird so in eine hierzu schnellere Umdrehung des hinteren Ritzels 14 gewandelt. Das auf die Antriebshülse 13 wirkende Drehmoment wird entsprechend reduziert. The front chainring is larger than the rear chainring, so that together with the traction means a first translation is formed. These can also be referred to as a traction mechanism. This first translation usually has a gear ratio of i much less than 1. A relatively slow rotation of the front sprocket is thus converted into a faster rotation of the rear sprocket 14 for this purpose. The torque acting on the drive sleeve 13 is reduced accordingly.
Das in den Figuren dargestellte, stufenlose Fahrradgetriebe 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel Bestandteil des Hinterrades, welches mittels der starren Achse 1 1 in der hinteren Gabel des Fahrradrahmens eingespannt ist. Die über das Zugmittelgetriebe auf das Hinterrad zu übertragende Vortriebskraft wird von der drehfest mit dem Ritzel 14 verbundenen, jedoch rotationsbeweglich auf der Achse 1 1 gelagerten Antriebshülse 13 - hierzu dienen die ersten Lager 12 - in das Getriebegehäuse 41 geführt. Das Getriebegehäuse 41 ist über eine Drehmomentstütze 42 rotationsfest mit dem Rahmen verbunden und hält die Antriebshülse 13 rotationsbeweglich über dritte Lager 43. The illustrated in the figures, continuously variable transmission 10 is in this embodiment part of the rear wheel, which is clamped by means of the rigid axle 1 1 in the rear fork of the bicycle frame. The driving force to be transmitted via the traction mechanism to the rear wheel is guided into the transmission housing 41 by the drive sleeve 13 connected rotatably to the pinion 14, but rotatably mounted on the axle 11. The gear housing 41 is rotationally fixedly connected to the frame via a torque support 42 and holds the drive sleeve 13 rotationally movable via third bearings 43.
Die Antriebskraft in Form einer Rotationsbewegung wird von der Antriebshülse 13 auf das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 weitergeleitet, dessen Planetenträger 20 hierfür drehfest auf der Antriebswelle angeordnet ist. Er rotiert folglich mit der Antriebshülse 13. Das außenliegende Hohlrad 23 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 bildet den drehfesten Bestandteil, da es rotationslos mit dem Getriebgehäuse 41 verbunden ist. Infolgedessen wird die Drehbewegung über die am Planetenträger 20 gehaltenen Planetenzahnräder 21 an das Innenrad 22 weitergegeben, wobei hier eine weitere Übersetzung mit einem Übersetzungsverhältnis i < 1 realisiert ist. Diese Übersetzung wird im Folgenden sprachlich als dritte Übersetzung definiert und durch das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 realisiert. Durch das Übersetzungsverhältnis i < 1 wird damit die Umdrehungsgeschwindigkeit gegenüber dem Ritzel 14
weiter erhöht. Hierdurch findet eine weitere Drehmomentreduzierung gegenüber dem auf den Kurbelantrieb wirkenden Drehmoment statt. The driving force in the form of a rotational movement is forwarded from the drive sleeve 13 to the epicyclic gear 19, the planet carrier 20 is rotatably arranged on the drive shaft for this purpose. It thus rotates with the drive sleeve 13. The outer ring gear 23 of the epicyclic gear 19 forms the rotationally fixed component, since it is rotationally connected to the gear housing 41. As a result, the rotational movement is transmitted via the planet gears held on the planet carrier 20 to the inner wheel 22, wherein here a further translation with a transmission ratio i <1 is realized. This translation is hereinafter linguistically defined as a third translation and realized by the gear epicyclic gear 19. By the gear ratio i <1 thus the rotational speed relative to the pinion 14th further increased. As a result, there is a further torque reduction with respect to the torque acting on the crank drive.
Das Innenrad 22 ist rotationsbeweglich auf der Antriebshülse 13 gelagert, es kann sich demzufolge relativ zur Antriebshülse 13 drehen. The inner wheel 22 is rotatably mounted on the drive sleeve 13, it can therefore rotate relative to the drive sleeve 13.
An das Innenrad 22 ist ein Koppelglied in Form eines einstückig stoffschlüssig angeformten Hülsenabschnitts 24 angeformt, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch die Lagerung des Innenrades 22 auf der Antriebshülse 13 realisiert. Über den Hülsenabschnitt 24 wird die Antriebskraft in Form der erheblich gesteigerten Antriebsdrehzahl bei entsprechender Drehmomentreduktion in das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 eingeleitet, welches eine stufenlose Übersetzung der in das Getriebegehäuse eingebrachten Eingangsrotationsbewegung in eine das Rad antreibende Ausgangsrotationsbewegung ermöglicht. To the inner wheel 22, a coupling member in the form of a one-piece cohesively molded sleeve portion 24 is formed, which also realizes the storage of the inner wheel 22 on the drive sleeve 13 in the present embodiment. About the sleeve portion 24, the driving force is introduced in the form of significantly increased input speed with a corresponding torque reduction in the friction-epicyclic gear 25, which allows a continuous transmission of the introduced into the transmission housing input rotational movement in a wheel driving output rotation movement.
Ein zweiter Bestandteil des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 bildet die feststehende Außensonne 26, die ebenfalls aus zwei Ringen, nämlich den Außenlaufringen 27 gebildet ist. Diese sind rotationsfest am rotationslos gehaltenen Getriebegehäuse 41 festgelegt. Die Axialverschiebung eines Außenlaufringes 27 ist über eine Versteileinrichtung 40 möglich. Doppelkegelräder 34 - wenigstens drei, bevorzugt 6 an der Zahl - laufen mit ihren Kegelflächen an den Innenlaufringen 30 und Außenlaufringen 27 ab, die hierzu jeweils einen ersten Spalt 28 beziehungsweise zweiten Spalt 31 zwischen sich bilden. Da die Innensonne 29 rotiert und die Außensonne 26 drehfest angeordnet ist, wird die Rotationsbewegung der Innensonne 29 auf die Doppelkegelräder 34 übertragen, die diese auf ihren Planetenträger 35 weitergeben, so dass dieser ebenfalls rotiert. Die Übersetzung im Reibrad-Umlaufgetriebe 25 - sprachlich als zweite Übersetzung definiert - weist ein Übersetzungsverhältnis von i > 1 auf, welches über den gesamten Verstellbereich des stufenlos verstellbaren Reibrad-Umlaufgetriebes 25 gewährleistet ist.
Um das Übersetzungsverhältnis i des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 zu verändern, wird über die aktiv regelbare Versteileinrichtung 40 - auch erste Versteileinrichtung 40 genannt - die Spaltweite des ersten Spaltes 28 verändert. Um das Übersetzungsverhältnis zu vergrößern, wird der erste Spalt 28 geweitet, so dass die Doppelkegelräder 34 tiefer in den Spalt 28 eintauchen und Ihre Bewegungsbahn um die Innensonne 29 einen größeren Umfang erhält. Bei einer Weitung des ersten Spaltes 28 führt die Drehmomentkupplung 32 der Innensonne 29 den zweiten Spalt 31 nach und verengt diesen. Hierdurch werden die Doppelkegelräder 34 auf ihre neue Umlaufbahn bewegt und tiefer in den erweiterten ersten Spalt 28 hineinbewegt. Die Drehmomentkupplung 32 bildet in diesem Sinne eine zweite, passiv nachführende Versteileinrichtung. Sie übt eine zum Antriebsmoment proportional wirkende Anpresskraft auf den linken Innenlaufring 30 aus. Die Reaktionskraft wirkt über den Hülsenabschnitt 24 auf den rechten Innenlaufring 30. A second component of the friction-wheel epicyclic gear 25 forms the stationary outer sun 26, which is also formed of two rings, namely the outer races 27. These are rotationally fixed to the rotationally held gear housing 41 fixed. The axial displacement of an outer race 27 is possible via an adjusting device 40. Double bevel gears 34 - at least three, preferably 6 in number - run with their conical surfaces on the inner races 30 and outer races 27, which each form a first gap 28 and second gap 31 between them. Since the inner sun 29 rotates and the outer sun 26 is arranged rotationally fixed, the rotational movement of the inner sun 29 is transmitted to the double bevel gears 34, which pass this on their planet carrier 35 so that it also rotates. The translation in the friction-wheel epicyclic gear 25 - linguistically defined as a second gear ratio - has a gear ratio of i> 1, which is ensured over the entire adjustment range of the continuously variable friction gear epicyclic gear 25. In order to change the transmission ratio i of the friction-wheel epicyclic gear 25, the gap width of the first gap 28 is changed via the actively controllable adjusting device 40 - also called the first adjusting device 40. In order to increase the gear ratio, the first gap 28 is widened, so that the double bevel gears 34 dive deeper into the gap 28 and your trajectory around the inner sun 29 receives a greater extent. With a widening of the first gap 28, the torque coupling 32 of the inner sun 29 leads the second gap 31 and narrows it. As a result, the double bevel gears 34 are moved to their new orbit and moved deeper into the extended first gap 28. The torque coupling 32 in this sense forms a second, passive tracking adjusting device. It exerts a force acting proportionally to the drive torque on the left inner race 30. The reaction force acts on the right inner race 30 via the sleeve portion 24.
Selbstverständlich ist es in der Umkehrung des Verstellprinzips möglich, die Spaltbreite des zweiten Spaltes 31 aktiv durch eine Versteileinrichtung zu beeinflussen und die Spaltweite des ersten Spaltes 28 passiv nachzuführen. Of course, in the reversal of the adjustment principle, it is possible to actively influence the gap width of the second gap 31 by an adjusting device and passively track the gap width of the first gap 28.
Um die Radialbewegung der Doppelkegelräder 34 zu ermöglichen, sind diese über Schwingen 36 mit dem Planetenträgerring 38 verbunden. Je weiter innen die Doppelkegelräder 34 laufen, desto kleiner ist das Übersetzungsverhältnis im Reibrad-Umlaufgetriebe 25, je weiter außen die Kegelräder 34 laufen, desto größer ist das Übersetzungsverhältnis. Dabei bleibt jedoch eine Grundvoraussetzung bestehen; das Übersetzungsverhältnis im Reibrad-Umlaufgetriebe 25 ist immer i > 1 . Wurde also die Umdrehungsgeschwindigkeit ausgehend vom Kurbelantrieb bis zum Eingang in das stufenlos verstellbare Reibrad- Umlaufgetriebe 25 kontinuierlich erhöht, um das Drehmoment zu
reduzieren, fand also eine Übersetzung ins Schnelle statt, so kehrt das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 dies unter Erhöhung des Drehmomentes um und übersetzt ins Langsame. Durch die massive Reduzierung des Antriebsdrehmomentes bei Erhöhung der Drehzahl ist es möglich, ein kleinbauendes Getriebe zu schaffen, welches auf seiner Abtriebsseite dennoch ausreichend Drehmoment zur Fortbewegung des Fahrrades liefert. In order to allow the radial movement of the double bevel gears 34, these are connected via rockers 36 with the planet carrier ring 38. The further inside the double bevel gears 34 run, the smaller the gear ratio in the friction-wheel epicyclic gearbox 25, the further outward the bevel gears 34 run, the greater the gear ratio. However, a basic requirement remains; the gear ratio in the friction-wheel epicyclic gear 25 is always i> 1. So was the speed of rotation, starting from the crank drive to the entrance to the continuously variable friction-epicyclic gear 25 continuously increased to the torque reduce, so took place a translation in the fast, so the friction-wheel epicyclic gear 25 reverses this by increasing the torque and translates into the slow. Due to the massive reduction of the drive torque when increasing the speed, it is possible to create a small-sized transmission, which nevertheless provides sufficient torque on its output side for locomotion of the bicycle.
Der zweite Planetenträger 35 des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 ist drehfest mit der Abtriebshülse 39 verbunden, an welcher - ebenfalls drehfest - die hier glockenförmig ausgebildete Radnabe 17 befestigt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierzu die Radnabe 17 an der Abtriebshülse 39 schraubbefestigt. Infolgedessen wird die Abtriebshülse 39 und die Radnabe 17 mit der Ausgangsumdrehungszahl des Reibrad- Umlaufgetriebes 25 bewegt. The second planetary carrier 35 of the friction-wheel epicyclic gear 25 is non-rotatably connected to the output sleeve 39, to which - also rotationally fixed - the bell-shaped here wheel hub 17 is attached. In the present embodiment, the wheel hub 17 is screw-fastened to the output sleeve 39 for this purpose. As a result, the output sleeve 39 and the wheel hub 17 are moved with the output revolution number of the friction-wheel epicyclic gear 25.
Die Radnabe 17 umgibt das Getriebegehäuse 41 glockenartig und ist zum Ritzel 14 hin offen. Um die Abwärme der in die Abtriebshülse 39 integrierten Rücktrittbremse 46 zu optimieren, weist die Nabe 17 auf ihrer dem Ritzel 14 gegenüberliegenden Seite Luftzuführöffnungen 52 auf, die umfangsverteilt angeordnet sind. Zwischen den Luftzuführöffnungen 52 sind Luftschaufeln 53 angeordnet, die in Richtung des Getriebegehäuses 41 weisen. Durch die Rotationsbewegung der Radnabe 17 und die Form und Anordnung der Luftschaufeln 53 wird ein Luftstrom erzeugt, der die Luft aus dem Glockeninnenraum der Radnabe 17 in Richtung Ritzel 14 hinaus drängt. Dieser Luftstrom wird durch Luftleitrippen 54 gefördert und optimiert, welche am Getriebegehäuse 41 , den Luftschaufeln 53 zugewandt, angeordnet sind. In dem durchströmten Luftraum ist der Teil der Abtriebshülse 39 angeordnet, welcher die Rücktrittbremse 46 beinhaltet und außenumfänglich mit die Wärmeabfuhr optimierenden
Kühlrippen 51 versehen ist. Der so erzeugte Luftstrom streicht über das Getriebegehäuse 41 und sorgt somit dort für eine Kühlung der innen liegenden, in einem Ölbad laufenden Komponenten. Die Radnabe 17 weist außenumfänglich zwei voneinander beabstandete, umlaufende Kränze 55 auf, die als Speichenträger für das Hinterrad des Fahrrades dienen. The wheel hub 17 surrounds the gear housing 41 like a bell and is open towards the pinion 14. In order to optimize the waste heat of integrated in the output sleeve 39 coaster brake 46, the hub 17 on its side opposite the pinion 14 side air supply openings 52, which are arranged circumferentially distributed. Between the air supply openings 52 air blades 53 are arranged, which point in the direction of the transmission housing 41. Due to the rotational movement of the wheel hub 17 and the shape and arrangement of the air blades 53, an air flow is generated, which forces the air from the bell interior of the wheel hub 17 in the direction of the pinion 14 addition. This air flow is promoted and optimized by Luftleitrippen 54, which on the gear housing 41, the air blades 53 facing arranged. In the air space through which flows the part of the output sleeve 39 is arranged, which includes the coaster brake 46 and optimizes the outer circumference with the heat dissipation Cooling fins 51 is provided. The air flow generated in this way sweeps over the gear housing 41 and thus ensures cooling of the internal components running in an oil bath. The wheel hub 17 has the outer circumference two spaced-apart, circumferential rings 55, which serve as a storage carrier for the rear wheel of the bicycle.
Ein wesentlicher Aspekt des vorliegenden Fahrradgetriebes 10 ist die Nutzung des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 als stufenlos verstellbare Getriebeeinheit, die ein Übersetzungsverhältnis von ausschließlich i > 1 aufweist. Dies ermöglicht es, hohe Eingangsdrehzahlen mit niedrigen Drehmomenten über ein kompakt bauendes Getriebe in für den Fahrradvortrieb günstige Ausgangsdrehzahlen zu wandeln. Je nach Fahrradgröße ist die dritte Übersetzung durch das hier im Beispiel genutzte Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 nicht erforderlich. Die erste Übersetzung vom Kettenblatt auf das Ritzel 14 kann ausreichend hohe Drehzahlen erzeugen, so dass auf diese dritte Übersetzungsstufe verzichtet werden kann. Ebenso bildet die Rücktrittbremse 46 ein optionales Bauteil des stufenlosen Fahrradgetriebes 10. An essential aspect of the present bicycle transmission 10 is the use of the friction-wheel epicyclic gear 25 as a continuously variable transmission unit, which has a transmission ratio of only i> 1. This makes it possible to convert high input speeds with low torques over a compact gearbox in favorable for the bicycle propulsion output speeds. Depending on the size of the bicycle, the third gear ratio is not required by the gear epicyclic gear 19 used here in the example. The first translation of the chainring on the pinion 14 can generate sufficiently high speeds, so that can be dispensed with this third gear ratio. Likewise, the coaster brake 46 forms an optional component of the continuously variable bicycle transmission 10.
Das starre Getriebegehäuse 41 ermöglicht es, das wie beschrieben funktionierende Reibrad-Umlaufgetriebe auszubilden und bietet gleichzeitig die Voraussetzungen, das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 zu integrieren. Es bietet darüber hinaus die Möglichkeit, die vorbeschriebene Rücktrittbremse 46 unmittelbar und unter Umgehung der Getriebekomponenten auf das Hinterrad wirken zu lassen, so dass die Bremswirkung nicht durch die über die Getriebe realisierte, variierende Übersetzung beeinflusst ist. The rigid gear housing 41 makes it possible to form the functioning as described Reibrad epicyclic gear and also provides the conditions to integrate the epicyclic gear 19. It also offers the possibility to let act the above-described coaster brake 46 directly and bypassing the transmission components on the rear wheel, so that the braking effect is not affected by the realized via the transmission, varying ratio.
Da das feststehende Getriebegehäuse 41 nicht als Speichenträger dient und damit nicht unmittelbare Komponente der sich drehenden
Hinterradbestandteile ist, ist es hinsichtlich einer eventuellen Wartung und Reparatur vorteilhaft ausgestaltet. Im Gegensatz zu Getriebegehäusen 41 , die gleichzeitig den Speichenträger bilden und rotieren, kann die Radnabe 17 von den eigentlichen Getriebekomponenten entfernt werden, ohne dass die Radspeichen demontiert werden müssen. Nach Ausbau des Getriebegehäuses 41 lässt sich dieses öffnen und die einzelnen Getriebekomponenten lassen sich warten. Auf diesem Wege lässt sich das Getriebe alternativ zur Instandsetzung besonders einfach und schnell tauschen. Since the fixed gear housing 41 does not serve as a storage carrier and thus not immediate component of the rotating Hinterradbestandteile is, it is designed with regard to a possible maintenance and repair advantageous. In contrast to gear housings 41, which simultaneously form and rotate the spoke carrier, the wheel hub 17 can be removed from the actual transmission components without the wheel spokes having to be disassembled. After removal of the transmission housing 41, this can be opened and the individual transmission components can be maintained. In this way, the gearbox can be exchanged as an alternative to repair particularly easy and fast.
In das Getriebe 10 ist ein Freilauf 66 integriert, der innerhalb des Getriebegehäuses 41 Platz findet und eine Umkehrung des Kraftflusses vom Hinterrad über das Getriebe auf den Kurbelantrieb verhindert. Das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 ermöglicht eine Verstellung des Übersetzungsverhältnisses um das 4- bis 6-fache zwischen seiner kleinsten und seiner größten Übersetzung. In the transmission 10, a freewheel 66 is integrated, which finds place in the transmission case 41 and prevents reversal of the flow of power from the rear wheel via the transmission to the crank drive. The friction-wheel epicyclic gearbox 25 allows an adjustment of the gear ratio by 4 to 6 times between its smallest and its largest translation.
Bei Fahrrädern zwischen 26 und 29 Zoll Größe unter Verwendung der Erfindung wird über Kettenblatt und Ritzel 14 oder über vordere und hintere Riemenscheiben ein Übersetzungsverhältnis von i = 0,5 bis 0,7 angestrebt. Ein Übersetzungsverhältnis von i = 0,59 wird beispielsweise realisiert, indem das Kettenblatt des Kurbelantriebs 34 Zähne und das Ritzel 20 Zähne aufweist. For bicycles between 26 and 29 inches in size using the invention, a gear ratio of i = 0.5 to 0.7 is sought through the chainring and pinion 14 or front and rear pulleys. A gear ratio of i = 0.59 is realized, for example, by having the chainring of the crank drive 34 teeth and the pinion 20 teeth.
Weiterhin empfiehlt die Erfindung, das im Ausführungsbeispiel dargestellte Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 einzusetzen und hier ein Übersetzungsverhältnis von i ca. 0,34 anzustreben, so dass die Gesamtübersetzung aus erster Übersetzung und dritter Übersetzung durch das Zugmittelgetriebe und das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 i etwa 0,2 ergibt. Die Kurbeldrehzahl wird so fünffach erhöht. Alternativ lässt sich
selbstverständlich ein Übersetzungsverhältnis von i 0,2 auch allein über Kettenblatt und Ritzel 14 und deren Dimensionierung realisieren. Furthermore, the invention recommends to use the gear epicyclic gear 19 shown in the exemplary embodiment and here strive for a gear ratio of i about 0.34, so that the total translation of the first gear ratio and third gear ratio by the traction mechanism and the epicyclic gear 19 i about 0, 2 results. The crank speed is increased five times. Alternatively, you can Of course, realize a gear ratio of i 0.2 alone on chainring and pinion 14 and their dimensioning.
Die zweite Übersetzung, realisiert durch das Reibrad-Umlaufgetriebe 25, weist in jedem Fall Übersetzungsverhältnisse i > 1 auf, wobei ein Übersetzungsverhältnis von i = 1 ,5 bis i=6 oder mehr und somit ein vierfacher Verstellbereich angestrebt ist. The second gear ratio, realized by the friction-wheel epicyclic gearing 25, has gear ratios i> 1 in each case, wherein a gear ratio of i = 1, 5 to i = 6 or more and thus a fourfold adjustment range is desired.
Über die Anzahl der Planetenräder, insbesondere der Doppelkegelräder 34, lässt sich die Drehmomenttoleranz, insbesondere des Reibrad- Umlaufgetriebes 25 variieren. Jedes Doppelkegelrad 34 überträgt über vier Stellen das Drehmoment, so dass sich die Drehmomentbelastung im Reibrad-Umlaufgetriebe 25 über jedes zusätzlich laufende Doppelkegelrad 34 erheblich reduzieren lässt. On the number of planet gears, in particular the double bevel gears 34, the torque tolerance, in particular of the friction wheel epicyclic gear 25 can be varied. Each Doppelkegelrad 34 transmits the torque over four points, so that the torque load in the friction-wheel epicyclic gearbox 25 can be considerably reduced via each additionally running Doppelkegelrad 34.
Bei der bevorzugten Ausführungsform mit 6 Doppelkegelrädern wird das Drehmoment an insgesamt 24 Stellen übertragen. Auf diese Weise wird ein sehr robustes, und dennoch kleinbauendes Getriebe bereitgestellt Die aktive Versteileinrichtung 40 kann durch einen Bowdenzug betätigt oder aber elektrisch über einen Servo beeinflusst werden. In the preferred embodiment with 6 double bevel gears, the torque is transmitted at a total of 24 positions. In this way, a very robust, yet small-sized transmission is provided The active adjusting device 40 can be actuated by a Bowden cable or electrically influenced by a servo.
Anhand der Fig. 9 und Fig. 10 werden weitere, abgewandelte Ausführungsformen kurz vorgestellt. Der grundsätzliche Aufbau gleich dem des vorbeschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Es sind jedoch Zusatzaggregate wie integrierte Elektromotoren beziehungsweise Generatoren in das erfindungsgemäße Getriebe integriert. Further, modified embodiments will be briefly presented with reference to FIGS. 9 and 10. The basic structure is the same as that of the above-described first embodiment. However, there are additional units integrated as integrated electric motors or generators in the transmission according to the invention.
Fig. 9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem das erfindungsgemäße Fahrradgetriebe 10 um einen außenlaufenden Elektromotor 58 ergänzt wurde. Um diesen Elektromotor integrieren zu können, wurde die Radnabe 17 in ihrem Durchmesser vergrößert, so dass
zwischen dem Getriebegehäuse 41 und der Radnabe 17 ein Raum zur Anordnung von Rotor und Stator geschaffen wurde. 9 shows a second exemplary embodiment of the invention, in which the bicycle transmission 10 according to the invention has been supplemented by an external electric motor 58. In order to integrate this electric motor, the hub 17 has been increased in diameter, so that between the gear housing 41 and the hub 17, a space for the arrangement of rotor and stator was created.
Der Stator des außenlaufenden Elektromotors 58 ist mit der Bezugsziffer 59 versehen und wird auch als erster Stator 59 bezeichnet. Er ist auf dem feststehenden Getriebegehäuse 41 gehalten. Der Rotor 60 hingegen, auch als erster Rotor 60 bezeichnet, ist innenumfänglich an der Radnabe 17 gehalten und versetzt diese bei Nutzung des Elektromotors 58 entsprechend in Rotation. The stator of the outboard electric motor 58 is designated by the reference numeral 59 and is also referred to as the first stator 59. It is held on the stationary gear housing 41. The rotor 60, however, also referred to as the first rotor 60, is held on the inner circumference of the wheel hub 17 and puts them in use of the electric motor 58 in accordance with rotation.
Der außenlaufende Elektromotor 58 wirkt direkt und unmittelbar auf das Hinterrad des Fahrrades. Er umgeht somit sämtliche innerhalb des Getriebegehäuses 41 angeordneten Getriebekomponenten. Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 10 gezeigt. Dort ist durch eine leichte Veränderung des Getriebegehäuses 41 Platz für einen innenlaufenden Elektromotor 61 geschaffen worden. Der Stator 62, auch als zweiter Stator 62 bezeichnet, ist an der Innenumfangsfläche des Getriebegehäuses 41 fest angeordnet. Der Rotor des innenlaufenden Elektromotors 61 trägt das Bezugszeichen 63 und wird auch als zweiter Rotor 63 bezeichnet. Er ist über eine Rotorstütze 64 zumindest mittelbar auf der Tragachse 1 1 rotationsbeweglich gelagert. In Fig. 10 ist die Rotorstütze 64, welche den zweiten Rotor 63 trägt, drehfest mit dem Innenrad 22 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 verbunden, im Kraftfluss also zwischen dem Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 und dem Reibrad- Umlaufgetriebe 25 angeordnet. Der Stator 62 gibt seine Wärme an das luftgekühlte Getriebegehäuse 41 ab, wohingegen der Rotor 63 seine Wärme an ein im Gehäuse 41 befindliches Öl abgibt. Dieses Öl erfährt seine Kühlung wiederum durch den das Gehäuse 41 umgebenden Luftstrom. Am Innenrad 22 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 wird die Leistung des Kurbelantriebes und des innenlaufenden Elektromotors 61
zusamnnengeführt. Das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 bildet so ein Summiergetriebe. The externally running electric motor 58 acts directly and directly on the rear wheel of the bicycle. He thus bypasses all disposed within the transmission housing 41 transmission components. A third embodiment of the invention is shown in FIG. There 41 space for an internal electric motor 61 has been created by a slight change of the gear housing. The stator 62, also referred to as the second stator 62, is fixedly arranged on the inner peripheral surface of the transmission case 41. The rotor of the internal electric motor 61 carries the reference numeral 63 and is also referred to as the second rotor 63. It is mounted on a rotor support 64 at least indirectly on the support shaft 1 1 rotatably movable. In Fig. 10, the rotor support 64, which carries the second rotor 63, rotatably connected to the internal gear 22 of the epicyclic gear 19, in the power flow between the epicyclic gear 19 and the friction gear 25 is arranged. The stator 62 discharges its heat to the air-cooled transmission case 41, whereas the rotor 63 discharges its heat to an oil contained in the case 41. This oil undergoes its cooling, in turn, by the air flow surrounding the housing 41. At the inner wheel 22 of the epicyclic gear 19, the power of the crank drive and the internal electric motor 61st zusamnnengeführt. The epicyclic gear 19 thus forms a summing gear.
In jedem Fall wirkt bei dieser dritten Ausführungsform der Elektromotor 61 über das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 mittelbar auf die Radnabe 17, so dass ein kleinbauender, schnelldrehender Elektromotor 61 mit geringem Drehmoment eingesetzt werden kann, dessen Antriebsenergie durch das Getriebe 10 in für den Vortrieb des Fahrrades geeigneter Weise umgewandelt wird. In any case, in this third embodiment, the electric motor 61 acts indirectly on the wheel hub 17 via the friction-wheel epicyclic gearbox 25, so that a small-sized, high-speed electric motor 61 with low torque can be used, its driving power through the gearbox 10 for the propulsion of the bicycle is suitably converted.
Das dritte Ausführungsbeispiel der Fig. 10 zeigt darüber hinaus exemplarisch, dass das Getriebegehäuse 41 eine Motorsteuerung trägt. Diese ist mit der Bezugsziffer 65 versehen und auf Rippen des Getriebegehäuses 41 angeordnet. Hierdurch kann die vorbeschriebene, effektive Kühlung aufrechterhalten werden, da der Luftstrom auch zwischen dem Gehäuse der Motorsteuerung 65 und dem Getriebegehäuse 41 aufrechterhalten bleibt. The third embodiment of FIG. 10 also shows, by way of example, that the transmission housing 41 carries a motor control. This is provided with the reference numeral 65 and arranged on ribs of the transmission housing 41. As a result, the above-described, effective cooling can be maintained, since the air flow between the housing of the engine control unit 65 and the transmission housing 41 is maintained.
Darüber hinaus ist in diesem Ausführungsbeispiel der Freilauf 66 dargestellt. Dieser ist zwischen dem zweiten Planetenträger 35 des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 und der Abtriebshülse 39 angeordnet, so dass der Planetenträger 35 und die Abtriebshülse 39 zur Realisierung des Vortriebs miteinander drehfest gekoppelt sind. Es wird somit die über das Ritzel 14 in das Getriebe 10 eingebrachte Antriebsenergie durch den Freilauf 66 auf die Radnabe 17 übertragen. Der gegensinnige Kraftfluss von der Radnabe 17 über das Getriebe und das Ritzel 14 zum Kurbelantrieb des Fahrrades bei Vorwärtsfahrt desselben wird durch den Freilauf 66 jedoch unterbrochen. Bei Verwendung einer Rücktrittbremse 46 ist auch diese durch einen Freilauf 75 vom Ritzel 14 zu entkoppeln. In addition, the freewheel 66 is shown in this embodiment. This is arranged between the second planetary carrier 35 of the friction-wheel epicyclic gear 25 and the output sleeve 39, so that the planet carrier 35 and the output sleeve 39 are rotatably coupled together to realize the propulsion. Thus, the drive energy introduced via the pinion 14 into the transmission 10 is transmitted through the freewheel 66 to the wheel hub 17. The opposite power flow from the hub 17 through the gear and the pinion 14 to the crank drive of the bicycle while driving forward is interrupted by the freewheel 66, however. When using a coaster brake 46 and this is to be decoupled by a freewheel 75 from the pinion 14.
Letztlich ist bei jeder der Ausführungsformen ohne weiteres der Einsatz dieses Freilaufes 66 denkbar und gewünscht. Darüber hinaus ist es ohne
weiteres möglich, einen Generator 68 am Getriebegehäuse anzuordnen, der beispielsweise die für Beleuchtungszwecke notwendige Energie liefert. Dessen Stator 69 ist wiederum am Getriebegehäuse 41 angeordnet, der Rotor 70 an einem geeigneten, rotationsbeweglichen Bauteil, beispielsweise an der Abtriebshülse 39 oder der Radnabe 17 (siehe Fig. 10). Im vorliegenden Beispiel ist der Generator 68 außen liegend angeordnet. Eine Anordnung innerhalb des Getriebegehäuses 41 ist ebenso denkbar. Es besteht die Möglichkeit, einen oder mehrere Drehmomentsensoren im Getriebegehäuse 41 anzuordnen, um Hilfsmotoren 58 und 61 gemäß vorstehender Beschreibung oder Mittel motoren am Kurbelantrieb zu steuern. Im Ausführungsbeispiel wird das Hohlrad 23 über eine geeignete Messeinrichtung mit dem Getriebegehäuse 41 gekoppelt, beispielsweise über eine Messscheibe 71 . Diese erfährt unter Last eine minimale, messbare Torsion, aus welcher sich das Drehmoment ableiten lässt. Hier misst der Sensor folglich das über das Ritzel 14 auf das Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 eingehende Drehmoment. Vorteil bei dieser Anordnung ist, dass das Drehmoment unkompliziert am stehenden Hohlrad 19 erfassbar ist. Ferner lässt sich ein Drehzahlsensor 72 in die Getriebeanordnung integrieren. Ultimately, the use of this freewheel 66 is conceivable and desired in each of the embodiments without further notice. In addition, it is without further possible to arrange a generator 68 on the transmission housing, which supplies, for example, the necessary energy for lighting purposes. Whose stator 69 is in turn arranged on the gear housing 41, the rotor 70 on a suitable rotatably movable component, for example on the output sleeve 39 or the hub 17 (see Fig. 10). In the present example, the generator 68 is arranged on the outside. An arrangement within the transmission housing 41 is also conceivable. It is possible to arrange one or more torque sensors in the gear housing 41 to control auxiliary motors 58 and 61 according to the above description or center motors on the crank drive. In the exemplary embodiment, the ring gear 23 is coupled to the transmission housing 41 via a suitable measuring device, for example via a measuring disk 71. This undergoes a minimal, measurable torsion under load, from which the torque can be derived. Here, the sensor thus measures the incoming via the pinion gear 14 to the epicyclic gear 19 torque. The advantage of this arrangement is that the torque can be detected uncomplicated on the stationary ring gear 19. Furthermore, a speed sensor 72 can be integrated into the transmission arrangement.
Insgesamt bietet die Nutzung des Reibrad-Umlaufgetriebs 25 an sich als Hauptgetriebe des Fahrrades nicht nur die Möglichkeit, ein besonderes kompaktes, stufenlos verstellbares Fahrradgetriebe bereitzustellen. Es ermöglicht darüber hinaus auf vorteilhafte Weise die Möglichkeit, durch das vorgeschaltete und somit als Vorgetriebe dienende Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 mit fester Übersetzung das Eingangsdrehmoment wesentlich zu reduzieren. Overall, the use of the friction-wheel epicyclic gearbox 25 as the main transmission of the bicycle not only offers the possibility of providing a special, compact, continuously variable bicycle transmission. It also advantageously makes it possible to substantially reduce the input torque by means of the upstream epicyclic epicyclic gearing 19 with fixed transmission, which is thus used as a forward gearing.
Die Innensonne 29 des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 muss sich nach der Montage des Getriebes 10 einmalig zur Außensonne 26 axial ausrichten
können. Um dies zu ermöglichen, ist eine gleichsinnige Axialverschieblichkeit beider Innenlaufringe 30 und des gekoppelten Innenrades 22 erforderlich. Da die Innensonne 29 im ersten Ausführungsbeispiel auf dem Hülsenabschnitt 24 des Innenrades 22 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 axial fest gelagert ist, ist der Hülsenabschnitt 24 selbst axial gleitend auf der Antriebshülse 13 angeordnet. Im Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 ist die Axialverschieblichkeit zwischen dem Innenrad 22 und den Planeten 21 systemimmanent, weshalb das Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 hier bevorzugt als Vorgetriebe beziehungsweise dritte Übersetzung gewählt ist. The inner sun 29 of the friction-wheel epicyclic gearbox 25 has to align itself once after the assembly of the transmission 10 to the outer sun 26 axially can. To make this possible, a same axial displacement of both inner race 30 and the coupled inner wheel 22 is required. Since the inner sun 29 is mounted axially fixed on the sleeve portion 24 of the inner wheel 22 of the epicyclic gear 19 in the first embodiment, the sleeve portion 24 itself is arranged to slide axially on the drive sleeve 13. In the epicyclic gear 19, the Axialverschieblichkeit between the inner wheel 22 and the planet 21 is inherently immanent, which is why the gear epicyclic gear 19 is preferably selected here as a pre-gear or third gear.
In Fig. 10 ist mit Bezugsziffer 74 die Bremsscheibe einer Scheibenbremsanlage gezeigt, die alternativ oder ergänzend zur Rücktrittbremse 46 eingesetzt werden kann. In Fig. 10, reference numeral 74, the brake disc of a disc brake system is shown, which can be used as an alternative or in addition to the coaster brake 46.
Das schmalbauende Reibrad-Umlaufgetriebe 25 mit seinem konstruktiv bedingten feststehenden Getriebegehäuse 41 ermöglicht es darüber hinaus, eine ganze Reihe zusätzlicher Antriebskomponenten, wie Elektromotor 58, 61 , Generator, eine eventuelle Motorsteuerung 65, den Freilauf 66 sowie eine Rücktrittbremse 46 zu integrieren. The narrow-construction friction gear epicyclic gear 25 with its structurally related fixed gear housing 41 also makes it possible to integrate a whole series of additional drive components, such as electric motor 58, 61, generator, a possible engine control 65, the freewheel 66 and a coaster brake 46.
Da diese Antriebseinheit, im Kraftfluss beginnend beim Ritzel 14 bis hin zur im Kraftfluss hinten liegenden Abtriebshülse 39 von der Radnabe 17 entkoppelbar ist, lässt sich gegenüber Getrieben mit rotierendem Getriebegehäuse eine Wartung oder ein Getriebetausch ohne das Entfernen der Radspeichen des Fahrrades besonders einfach realisieren. Since this drive unit can be decoupled from the wheel hub 17 in the power flow beginning at the pinion 14 as far as the output sleeve 39 located in the power flow, it is particularly easy to realize maintenance or a gear exchange without removing the wheel spokes of the bicycle compared to transmissions with a rotating gearbox.
Das erfindungsgemäße Fahrradgetriebe bildet somit eine hoch integrierte Antriebseinheit beziehungsweise Antriebsanordnung, die inklusive der Radnabe 17 als Gesamtbaueinheit innerhalb der vorgegebenen Standard- Einbaubreite von 135 mm zwischen den hinteren Aufnahmestützen eines Fahrradrahmens montierbar ist. Lediglich die zur Festlegung des
erfindungsgemäßen Getriebes 10 beziehungsweise der durch das Getriebe 10 gebildeten Antriebseinheit notwendige Tragachse 1 1 weist eine die Einbaubreite überschreitende Länge auf, die eine Festlegung am Fahrradrahmen ermöglicht. Diese hoch integrierte Baueinheit in jeder der dargestellten Ausführungsformen ist ohne weiteres an jedem Fahrrad nachrüstbar.
The bicycle transmission according to the invention thus forms a highly integrated drive unit or drive assembly, which is mountable including the hub 17 as a total assembly within the default standard installation width of 135 mm between the rear receiving supports a bicycle frame. Only the definition of the Transmission according to the invention 10 or the drive unit formed by the drive unit 10 necessary support shaft 1 1 has a width exceeding the installation length, which allows attachment to the bicycle frame. This highly integrated assembly in each of the illustrated embodiments is readily retrofittable to any bicycle.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Fahrradgetriebe 10 bicycle transmissions
1 1 starre Achse 1 1 rigid axis
12 erstes Lager 12 first camp
13 Hülse 13 sleeve
14 Ritzel 14 pinions
15 Ring 15 ring
17 Radnabe 17 wheel hub
18 zweites Lager 18 second camp
19 Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 geared epicyclic gear
20 Planetenträger von 19 20 planet carrier of 19
21 Planetenrad, Zahnrad von 19 21 planet gear, gear of 19
22 Innenrad von 19 22 inner wheel of 19
23 Hohlrad von 19 23 ring gear of 19
24 Hülsenabschnitt von 22 / Koppelglied 24 sleeve section of 22 / coupling link
25 Reibrad-Umlaufgetriebe 25 friction-wheel epicyclic gearbox
26 Außensonne 26 outside sun
27 Außenlaufring 27 outer race
28 erster Spalt 28 first gap
29 Innensonne 29 indoor sun
30 Innenlaufring 30 inner race
31 zweiter Spalt 31 second gap
32 Drehmomentkupplung 32 torque coupling
33 Koppelring 33 coupling ring
34 Doppel kegelrad 34 double bevel gear
35 zweiter Planetenträger von 25 35 second planet carrier of 25
36 Schwinge 36 swingarm
38 Planetenträgerring
Abtriebshülse 38 Planet carrier ring output socket
VerStelleinrichtung von 25 Adjustment device of 25
Getriebegehäuse gearbox
Drehmomentstütze drittes Lager Torque arm third bearing
viertes Lager fourth camp
fünftes Lager fifth camp
Rücktrittbremse backpedal brake
Rollen roll
Bremsbacken brake shoes
Bremsmomentbrücke Braking torque bridge
BremsmomentstützeBraking torque support
Kühlrippen von 39 Cooling fins of 39
Luftzuführöffnung von 17 Air supply opening of 17
Luftschaufeln air blades
Luftleitrippen Luftleitrippen
Kreuz / Speichenträger Cross / spoke carrier
Achse von 34 Axis of 34
Bolzen von 38 Bolt of 38
Elektromotor (Außenläufer) erster Stator Electric motor (external rotor) first stator
erster Rotor first rotor
Elektromotor (Innenläufer) zweiter Stator Electric motor (inner rotor) second stator
zweiter Rotor second rotor
Rotorstütze rotor support
Motorsteuerung motor control
Freilauf freewheel
Tellerfeder Belleville spring
Generator generator
Stator von 68
Rotor von 68 Stator of 68 Rotor of 68
Messscheibe von Drehmonnentsensor Drehzahlsensor Measuring disk of torque sensor
Spreizteil spreading
Bremsscheibe
brake disc
Die vorhergehende Beschreibung offenbart im Zusammenspiel mit den Figuren 1 bis 10 im Wesentlichen Folgendes: The preceding description, in conjunction with FIGS. 1 to 10, essentially discloses the following:
1 . Stufenloses Fahrradgetriebe (10) umfassend ein Reibrad- Umlaufgetriebe (25), 1 . Continuously variable bicycle transmission (10) comprising a friction-wheel epicyclic gearing (25),
mit einem Getriebegehäuse (41 ), welches die Getriebebauteile umgibt, with a transmission housing (41) surrounding the transmission components,
mit einer angetriebenen Innensonne (29), welche von zwei axial durch einen umlaufenden Spalt (31 ) beabstandeten Innenlaufnngen (30) gebildet ist und with a driven inner sun (29) which is formed by two axially spaced by a circumferential gap (31) Innenlaufnngen (30) and
mit einer Außensonne (26), welche von zwei axial durch einen umlaufenden Spalt (28) beabstandeten Außenlaufringen (27) gebildet ist und with an outer sun (26), which is formed by two axially by a circumferential gap (28) spaced outer races (27) and
mit Planeten, die als Doppelkegelräder (34) ausgebildet sind und deren aneinander anliegende Kegelbasen in den Spalt (31 ) der Innensonne (29) und den Spalt (28) der Außensonne (26) eintauchen, wobei die Innensonne (29) die Antriebsseite des Getriebes bildet, ein die Doppelkegelräder (34) tragender Planetenträger (20) die Abtriebsseite des Getriebes bildet und with planets formed as double-bevel gears (34) and their tapered bases abutting each other in the gap (31) of the inner sun (29) and the gap (28) of the outer sun (26), wherein the inner sun (29) the drive side of the transmission forms, the double bevel gears (34) supporting the planet carrier (20) forms the output side of the transmission and
- die Außensonne (26) als stehendes Bauteil ausgebildet ist, und - The outer sun (26) is designed as a stationary component, and
mit einer ersten, aktiv regelbaren Versteileinrichtung, mittels derer jeweils die Spaltweite zwischen den Innenlaufnngen (30) oder den Außenlaufringen (27) veränderbar ist with a first, actively adjustable adjusting device, by means of which in each case the gap width between the Innenlaufnngen (30) or the outer raceways (27) is variable
- mit einer zweiten, passiv nachführenden Versteileinrichtung (32), die den jeweils anderen Spalt in seiner Weite anpasst, wobei das Getriebegehäuse (41 ) durch eine Kopplung mit einem Rahmenbauteil des Fahrrades rotationslos gehalten ist.
2. Stufenloses Fahrradgethebe (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsseite des Reibrad-Umlaufgetriebes (25) ein Zahnrad-Umlaufgetriebe (19) mit festem Übersetzungsverhältnis i < 1 vorgeschaltet ist, welches ein zentrales Innenrad (22) und ein das Innenrad umgebendes Hohlrad (23) aufweist, zwischen denen Zahnräder als Planetenräder (21 ) angeordnet sind. - With a second, passively adjusting adjusting device (32) which adjusts the respective other gap in its width, wherein the transmission housing (41) is held by a coupling with a frame member of the bicycle without rotation. 2. Stepless Fahrradgethebe (10) according to claim 1, characterized in that the drive side of the friction-wheel epicyclic gear (25) is preceded by a gear-epicyclic gear (19) with fixed transmission ratio i <1, which has a central internal gear (22) and a Inner ring surrounding ring gear (23), between which gears are arranged as planet gears (21).
3. Stufenloses Fahrradgetriebe (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Abtriebsseite des Reibrad-Umlaufgetriebes (25) ein Freilauf nachgeschaltet ist. 3. Continuously variable bicycle transmission (10) according to claim 1, characterized in that the output side of the friction-wheel epicyclic gear (25) is followed by a freewheel.
4. Stufenloses Fahrradget ebe (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Rücktrittbremse (46) vorgesehen ist, die unter Umgehung des Reibrad-Umlaufgetriebes (25) und des Zahnrad- Umlaufgetriebes (19) auf das Hinterrad des Fahrrades wirkt. 4. Stepless Fahrradget ebe (10) according to claim 1, characterized in that a coaster brake (46) is provided which acts bypassing the Reibrad epicyclic gear (25) and the gear epicyclic gear (19) on the rear wheel of the bicycle.
5. Stufenloses Fahrradgethebe (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, das der Abtriebsseite ein Elektromotor nachgeschaltet ist, der unter Umgehung des Reibrad- (25) und des Zahnrad- Umlaufgetriebes (19) auf das Hinterrad des Fahrrades wirkt. 5. Stepless Fahrradgethebe (10) according to claim 1, characterized in that the output side of an electric motor is connected, which acts bypassing the Reibrad- (25) and the gear epicyclic gear (19) on the rear wheel of the bicycle.
6. Stufenloses Fahrradgethebe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (41 ) den Stator trägt und die Radnabe (17) glockenförmig ausgebildet ist, den Rotor trägt und das Getriebegehäuse (41 ) umgibt. 6. Stepless Fahrradgethebe (10) according to claim 5, characterized in that the gear housing (41) carries the stator and the wheel hub (17) is bell-shaped, carries the rotor and the transmission housing (41) surrounds.
7. Stufenloses Fahrradgethebe (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsseite ein Elektromotor vorgeschaltet ist, dessen Stator vom Getriebegehäuse (41 ) getragen und innerhalb des Getriebegehäuses (41 ) angeordnet ist und der innerhalb des Getriebegehäuses (41 ) angeordnete Rotor auf die Innensonne (29) des Reibrad-Umlaufgetriebes (25) wirkt.
8. Stufenloses Fahrradgethebe (19) nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das den Abtrieb des Zahnrad-Umlaufgetriebes (19) bildende zentrale Innenrad (22) mittels eines Koppelgliedes (24) mit der Innensonne (29) des Reibrad-Umlaufgetriebes (25) gekoppelt ist. 7. Stepless Fahrradgethebe (10) according to claim 1, characterized in that the drive side is preceded by an electric motor whose stator is supported by the transmission housing (41) and disposed within the transmission housing (41) and within the transmission housing (41) arranged rotor the inner sun (29) of the friction wheel epicyclic gear (25) acts. 8. Stepless Fahrradgethebe (19) according to claim 1 and 2, characterized in that the output of the gear epicyclic gear (19) forming the central inner wheel (22) by means of a coupling member (24) with the inner sun (29) of the Reibrad epicyclic gear ( 25) is coupled.
9. Stufenloses Fahrradget ebe (10) nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor des Motors auf das Koppelglied (24) von Innenrad (22) und Innensonne (29) wirkt.
9. Stepless Fahrradget ebe (10) according to claim 7 and 8, characterized in that the rotor of the motor acts on the coupling member (24) of the inner wheel (22) and inner sun (29).
Zusamnnenfassung Zusamnnenfassung
Beschrieben und dargestellt wird ein stufenloses Fahrradgetriebe umfassend ein Reibrad-Umlaufgetriebe, mit einem Getriebegehäuse, welches die Getriebebauteile umgibt, mit einer angetriebenen Innensonne, welche von zwei axial durch einen umlaufenden Spalt beabstandeten Innenlaufringen gebildet ist und mit einer Außensonne, welche von zwei axial durch einen umlaufenden Spalt beabstandeten Außenlaufringen gebildet ist und mit Planeten, die als Doppelkegelräder ausgebildet sind und deren aneinander anliegende Kegelbasen in den Spalt der Innensonne und den Spalt der Außensonne eintauchen, wobei die Innensonne die Antriebsseite des Getriebes bildet, ein die Doppelkegelräder tragender Planetenträger die Abtriebsseite des Getriebes bildet und die Außensonne als stehendes Bauteil ausgebildet ist, und mit einer ersten, aktiv regelbaren Versteileinrichtung, mittels derer jeweils die Spaltweite zwischen den Innenlaufringen oder den Außenlaufringen veränderbar ist, mit einer zweiten, passiv nachführenden Versteileinrichtung, die den jeweils anderen Spalt in seiner Weite anpasst, wobei das Getriebegehäuse durch eine Kopplung mit einem Rahmenbauteil des Fahrrades rotationslos gehalten ist.
Described and illustrated is a continuously variable transmission comprising a friction-wheel epicyclic gearbox having a transmission housing surrounding the transmission components, with a driven inner sun which is formed by two axially spaced by a circumferential gap inner races and with an outer sun, of two axially by a circumferential gap spaced outer races is formed and with planets, which are formed as a double bevel gears and their abutting cone bases in the gap of the inner sun and the gap of the outer sun, wherein the inner sun forms the drive side of the transmission, a planetary carrier carrying the Doppelkegelräder the output side of the transmission forms and the outer sun is formed as a stationary component, and with a first, actively controllable adjusting device, by means of which in each case the gap width between the inner races or the outer races is variable, with a second, pass iv tracking adjusting device which adjusts the respective other gap in its width, wherein the gear housing is held by a coupling with a frame member of the bicycle without rotation.
Zweiter Erfindungskomplex: Antriebsanordnung für ein Fahrrad Second Invention Complex: Drive Assembly for a Bicycle
Die Erfindung betrifft ein Antriebsanordnung für ein Fahrrad, mit einem Kurbelantrieb, der eine Antriebskraft von einem kurbelantriebsnahen Kettenblatt auf ein hinterradnahes Ritzel mittels eines endlos umlaufenden Zugmittels, wie Kette oder Zahnriemen, überträgt und ein Hinterrad des Fahrrades zur Fortbewegung in Rotation versetzt, mit einer ersten Übersetzung zwischen dem Kettenblatt und dem Ritzel, welche ausschließlich ein Übersetzungsverhältnis von i < 1 aufweist und mit einem insbesondere stufenlos schaltbaren Hauptgetriebe, welches am Hinterrad angeordnet ist und eine Übersetzung der vom Ritzel aus auf das Hinterrad wirkenden Antriebskraft ermöglicht, mit einer zweiten Übersetzung, welche ausschließlich durch das Hauptgetriebe realisiert wird. The invention relates to a drive arrangement for a bicycle, with a crank drive, which transmits a driving force from a crank-driven chainring to a rear wheel near pinion by means of an endless circulating traction means, such as chain or timing belt, and a rear wheel of the bicycle for locomotion in rotation, with a first Translation between the chainring and the pinion, which has exclusively a gear ratio of i <1 and with a particular continuously variable main gear, which is arranged on the rear wheel and a translation of the pinion from acting on the rear wheel driving force allows, with a second translation, which is realized exclusively by the main gearbox.
Aus dem alltäglichen Gebrauch sind Getriebe für Fahrräder, die sich gestuft schalten lassen, in im Wesentlichen zwei unterschiedlichen Bauformen bekannt. Es existiert zunächst die sogenannte Nabenschaltung, bei welcher die Getriebebauteile in der Radnabe des Hinterrades eines Fahrrades angeordnet sind. Daneben existiert die sogenannte Kettenschaltung, bei welcher am Hinterrad mehrere Zahnräder - die sogenannten Ritzel - mit unterschiedlicher Zahnanzahl und unterschiedlichem Außenumfang angeordnet sind. Über eine Mechanik lässt sich die Kette je nach gewünschtem Übersetzungsverhältnis über eines der Ritzel führen. From everyday use, transmissions for bicycles, which can be stepped, known in two main types. First, there is the so-called hub gear, in which the transmission components are arranged in the wheel hub of the rear wheel of a bicycle. In addition, there is the so-called derailleur, in which the rear wheel several gears - the so-called pinion - are arranged with different numbers of teeth and different outer circumference. Using a mechanism, the chain can be guided over one of the pinions, depending on the desired gear ratio.
Mit dem Aufkommen von Fahrrädern mit insbesondere elektrischem Hilfsantrieb, den sogenannten Pedelecs, haben stufenlos schaltbare Fahrradgetriebe an Bedeutung gewonnen. Ein solches Fahrradgetriebe ist beispielsweise in DE 10 2012 022 953 A1 offenbart. Auf einer starren Achse ist ein Ritzel angeordnet, über welches die Vortriebskraft in das Getriebe eingeleitet wird. Über ein innerhalb eines Getriebegehäuses
angeordnetes Doppelkegel-Ring-Getriebe und ein diesem Reibgetriebe nachgeordnetes Zahnrad-Planetengetriebe wird das als Radnabe dienende Getriebegehäuse in Rotation versetzt. Bei Fahrrädern im Allgemeinen, auch bei der Unterkategorie der Pedelecs, ist der Bauraum für Getriebe und Hilfsmotoren naturgemäß eingeschränkt. Das Fahrrad soll ein möglichst geringes Eigengewicht haben, da die Benutzer die Fahrräder regelmäßig anheben müssen, beispielsweise bei der Anreise mit dem PKW zum Ausgangspunkt einer Radfahrstrecke. Deshalb müssen Getriebe wie auch Hilfsmotoren nach Möglichkeit ein geringes Eigengewicht aufweisen. With the emergence of bicycles with especially electric auxiliary drive, the so-called pedelecs, continuously variable bicycle transmissions have gained in importance. Such a bicycle transmission is disclosed for example in DE 10 2012 022 953 A1. On a rigid axle, a pinion is arranged, via which the driving force is introduced into the transmission. About a within a transmission case arranged double-cone ring gear and this friction gear downstream gear planetary gear is used as the wheel hub serving gear housing in rotation. For bicycles in general, even in the subcategory of pedelecs, the space for transmission and auxiliary motors is naturally limited. The bike should have the lowest possible weight, as the user must raise the bike regularly, for example, when traveling by car to the starting point of a cycling route. Therefore, gearboxes as well as auxiliary motors must, if possible, have a low dead weight.
Dem stehen die physikalischen Anforderungen jedoch entgegen. Die auf das Getriebe wirkende Drehzahl ist vergleichsweise gering, da die Bewegungsgeschwindigkeit der menschlichen Beine limitiert ist. Daraus folgt zwangsläufig eine vergleichsweise hohe Drehmomentbelastung der Komponenten, insbesondere dann, wenn das Nutzergewicht für den Antrieb des Fahrrads mitgenutzt wird, wie es beispielsweise beim sogenannten Wiegetritt der Fall ist. Ein durchschnittlicher Radfahrer erzeugt Drehmomente von etwa 50 Nm, beim Wiegetritt können Drehmomente von 180 Nm auftreten, im Leistungssport sind noch höhere Drehmomente möglich. Um solchen Drehmomenten standzuhalten, müssen entsprechend stabile Komponenten im Getriebe verbaut werden, was den Anforderungen an Bauraum- und Gewichtsersparnis entgegengesetzt ist. However, this is opposed by the physical requirements. The speed acting on the transmission is comparatively low, since the speed of movement of the human legs is limited. This inevitably results in a comparatively high torque load of the components, in particular if the user weight is shared for the drive of the bicycle, as is the case, for example, in the so-called weighing step. An average cyclist generates torques of about 50 Nm, during the stepping, torques of 180 Nm can occur, in competitive sports even higher torques are possible. To withstand such torques, correspondingly stable components must be installed in the transmission, which is contrary to the requirements for space and weight savings.
Vergleichbar widerstreitende Anforderungen werden an den Hilfsmotor gestellt. Je nach Anordnung als Nabenmotor oder Mittelmotor - der Mittelmotor wirkt auf Rotationsachse des Kurbelantriebs - müssen insbesondere zur Anfahrunterstützung wie auch zur Unterstützung bei Gegenwind und Bergauffahrt hohe Drehmomente bei vergleichsweise geringer Motordrehzahl bereitgestellt werden, was eine
Mindestmotorgröße erfordert. Unter der Prämisse einer Gewichts- und Bauraumoptimierung wären jedoch kleine Motoren wünschenswert, die mit einem geringen Drehmoment, jedoch hoher Drehzahl den Vortrieb des Fahrrades unterstützen. Comparable conflicting requirements are placed on the auxiliary engine. Depending on the arrangement as a hub motor or mid-engine - the center motor acts on the axis of rotation of the crank drive - high torques at a comparatively low engine speed must be provided in particular for Anfahrunterstützung as well as to assist in headwind and uphill driving, which Minimum motor size required. However, under the premise of weight and space optimization, small motors would be desirable that support the propulsion of the bicycle with low torque but high speed.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige, Antriebsanordnung bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau den Drehmomenten standhält. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst von einem stufenlosen Fahrradgetriebe mit den Merkmalen des Anspruches 1 , insbesondere mit den kennzeichnenden Merkmalen, wonach die zweite, ausschließlich durch das Hauptgetriebe realisierte Übersetzung ausschließlich Übersetzungsverhältnisse von i > 1 realisiert. The object of the invention is to provide a novel, drive arrangement which withstands the torques with a simple construction. The object of the invention is achieved by a continuously variable bicycle transmission with the features of claim 1, in particular with the characterizing features, according to which the second realized exclusively by the main gear ratio exclusively gear ratios of i> 1 realized.
Die Erfindung hat erkannt, dass ein schaltbares Hauptgetriebe, dessen Übersetzungsverhältnisse i > 1 sind, die Grundvoraussetzung dafür schafft, hohe Eingangsdrehzahlen mit geringem Drehmoment am Getriebe anstehen zu lassen, um das Getriebe selbst leicht und bauraumoptimiert konstruieren zu können. Gleichzeitig bietet das wie vorgenannt ausgestaltete Hauptgetriebe die Möglichkeit, Ausgangsdrehzahlen und -drehmomente bereitzustellen, die für den Vortrieb des Fahrrades günstig sind. Das erfindungsgemäße Hauptgetriebe ist also die unbedingte Voraussetzung, um durch eine Veränderung der ersten Übersetzung das Antriebsdrehmoment reduzieren zu können. The invention has recognized that a switchable main gearbox whose gear ratios are i> 1, the basic requirement for making high input speeds with low torque on the gearbox to be able to construct the gear itself easily and space-optimized. At the same time as the aforementioned main transmission offers the possibility to provide output speeds and torques, which are favorable for the propulsion of the bicycle. The main transmission according to the invention is therefore the absolute prerequisite for being able to reduce the drive torque by changing the first gear ratio.
Besonders bevorzugt ist ein Hauptgetriebe, welches als stufenlos schaltbares Reibrad-Umlaufgetriebe ausgebildet ist. Ein vergleichbares Getriebe ist in der DE 106 72 74 für industrielle Zwecke offenbart. Es ist - wie die Erfindung erkannt hat - als Ansatz zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besonders gut geeignet, da das
Getriebegehäuse rotationslos gehalten werden kann und deshalb als Träger für diverse Antriebskomponenten eines Fahrradhinterrades dienen kann. Das erfindungsgemäße Reibrad-Umlaufgetriebe bietet in einer ersten Ausführungsform mit drei Planeten, deren Kegelflächen an jeweils den zwei Innenlaufringen und den zwei Außenlaufringen abrollen, 12 Übertragungsstellungen für das eingeleitete Drehmoment. Je nach Auslegung lässt sich die Anzahl der Planeten erhöhen, wobei mit jedem zusätzlichen Planeten vier zusätzlich drehmomentübertragende Stellen hinzukommen. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform mit 6 Planeten, die als Doppelkegelräder ausgebildet sind, so dass dieses Getriebe an insgesamt 24 Stellen Drehmoment auf den Abtrieb übergibt. Particularly preferred is a main gear, which is designed as a continuously variable friction gear epicyclic gear. A comparable transmission is disclosed in DE 106 72 74 for industrial purposes. It is - as the invention has recognized - as an approach to solving the problem of the invention particularly well suited because the Gear housing can be held without rotation and therefore can serve as a carrier for various drive components of a bicycle rear wheel. The friction gear planetary gear according to the invention provides in a first embodiment with three planets whose conical surfaces roll on each of the two inner races and the two outer races, 12 transmission positions for the introduced torque. Depending on the design, the number of planets can be increased, with four additional torque-transmitting points added to each additional planet. Particularly preferred is an embodiment with 6 planets, which are designed as a double bevel gears, so that this gear transmits torque to the output at a total of 24 points.
Das feststehende Getriebegehäuse eignet sich hervorragend, um bei Verwendung nur weniger Zusatzbauteile das erfindungsgemäße Fahrradgetriebe um einen Elektromotor zu ergänzen. So sieht eine mögliche Ausführungsform der Erfindung vor, den Stator des Elektromotors außenumfänglich auf dem Getriebegehäuse anzuordnen, welches dann als Träger für den Stator dient. Eine das Getriebegehäuse in etwa glockenartig überfangende Radnabe trägt innenumfänglich den Rotor. Auf diese Weise lässt sich ein Elektromotor realisieren, der ohne Zwischenschaltung des erfindungsgemäßen Getriebes das Hinterrad direkt antreibt. The fixed gear housing is ideal to supplement when using only a few additional components, the bicycle transmission according to the invention by an electric motor. Thus, one possible embodiment of the invention provides for arranging the stator of the electric motor on the outside of the transmission housing, which then serves as a carrier for the stator. A gear hub approximately in a bell-like overlapping hub carries the inner circumference of the rotor. In this way, an electric motor can be realized, which drives the rear wheel directly without interposition of the transmission according to the invention.
Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher der Motor innerhalb des feststehenden Getriebegehäuses angeordnet ist. Hierzu trägt das feststehende Getriebegehäuse innenumfänglich den Stator, dem ein Rotor zugeordnet ist. Hierbei ist vorgesehen, den Rotor mit dem antriebsseitigen Getriebeeingang zu koppeln.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, welche sich dadurch kennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Übersetzung eine dritte Übersetzung angeordnet ist, deren Übersetzungsverhältnis ausschließlich i deutlich kleiner 1 ist, insbesondere wenn der Antriebsseite des Reibrad-Umlaufgetriebes ein Zahnrad-Umlaufgetriebe als dritte Übersetzung mit festem Übersetzungsverhältnis i < 1 vorgeschaltet ist, welches ein zentrales Innenrad und ein das Innenrad umgebendes Hohlrad aufweist, zwischen denen Zahnräder als Planetenräder angeordnet sind. However, particularly preferred is an embodiment in which the engine is disposed within the fixed gear housing. For this purpose, the stationary gear housing bears inside the stator, which is associated with a rotor. Here it is provided to couple the rotor with the drive-side transmission input. Particularly preferred is an embodiment which is characterized in that between the first and the second translation, a third translation is arranged, whose transmission ratio is exclusively i significantly less 1, especially when the drive side of the friction-epicyclic gear a planetary gear as a third translation with fixed gear ratio i <1 is upstream, which has a central inner wheel and a ring gear surrounding the inner ring, between which gears are arranged as planetary gears.
Wenn dem Hauptgetriebe auf der Antriebsseite im Kraftfluss eine dritte Übersetzung, beispielsweise ein Zahnrad-Umlaufgetriebe der vorgenannten Art vorgeschaltet ist, lässt sich das Übersetzungsverhältnis i zwischen dem Kettenblatt des Kurbelantriebs des Fahrrades und dem Eingang des Reibrad-Umlaufgetriebes erheblich verringern. Die geringe Umdrehungsgeschwindigkeit des Kettenblatts mit seinen hohen Drehmomenten wird in eine sehr hohe Umdrehung bei niedrigen Drehmomenten gewandelt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Eingangsdrehmomente des Reibrad-Umlaufgetriebes möglichst gering sind. Deshalb können ohne Funktionseinschränkung weniger massive Bauteile zur Realisierung des Reibrad-Umlaufgetriebes genutzt werden. If the main transmission on the drive side in the power flow, a third gear, for example, a gear epicyclic gear of the aforementioned type is connected upstream, the ratio i between the chainring of the crank drive of the bicycle and the input of the friction-epicyclic gearbox can be significantly reduced. The low speed of rotation of the chainring with its high torque is converted into a very high rotation at low torques. In this way it is achieved that the input torques of the friction-wheel epicyclic gear are as small as possible. Therefore, less massive components can be used to realize the friction wheel epicyclic gear without function restriction.
Unabhängig davon, ob dem Reibrad-Umlaufgetriebe ein Zahnrad- Umlaufgetriebe vorgeschaltet ist, kann eine Rutschkupplung vorgesehen sein, die im Kraftfluss dem hinteren Ritzel nachgeschaltet ist und Drehmomentspitzen zum Schutz des Fahrradgetriebes abfängt. Regardless of whether the friction gear epicyclic a gear epicyclic gear is connected upstream, a slip clutch can be provided, which is followed in the power flow of the rear sprocket and intercepts torque peaks to protect the bicycle transmission.
Das Reibrad-Umlaufgetriebe selbst weist eine variable Übersetzung mit einem Übersetzungsverhältnis i > 1 über den gesamten Verstellbereich auf und wandelt so die hohen Eingangsdrehzahlen in adäquate Ausgangsdrehzahlen zum Antrieb des Hinterrades des Fahrrades.
Es ist daran gedacht, dass die innerhalb des Hauptgetriebes realisierbare kleinste Übersetzung durch insbesondere stufenlose Schaltvorgänge um das Vierfache gesteigert werden kann. Die Anordnung in Pedelecs zeichnet sich dadurch aus, dass der Kurbelantrieb einen unterstützenden, auf die zentrale Antriebsachse wirkenden Motor aufweist. The friction-wheel epicyclic itself has a variable ratio with a gear ratio i> 1 over the entire adjustment range and thus converts the high input speeds into adequate output speeds to drive the rear wheel of the bicycle. It is envisaged that the achievable within the main transmission smallest translation can be increased by four times in particular stepless switching operations. The arrangement in pedelecs is characterized by the fact that the crank drive has a supporting motor acting on the central drive axle.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Antriebsanordnung einen den Kurbelantrieb unterstützenden, ausschließlich auf das Hauptgetriebe wirkenden Motor aufweist. Alternatively it can be provided that the drive arrangement has a crank drive supporting, acting exclusively on the main transmission engine.
Schließlich ist es auch denkbar, dass die Antriebsanordnung einen den Kurbelantrieb unterstützenden, unter Umgehung der Getriebe auf das Hinterrad eines Fahrrades wirkenden Motor aufweist. Finally, it is also conceivable that the drive arrangement has a crank drive assisting, acting on the rear wheel of a bicycle bypassing the transmission engine.
Es ist vorgesehen, dass der Abtriebsseite des Reibrad-Umlaufgetriebes ein Freilauf nachgeschaltet ist. Ferner ist vorgesehen, dass eine Rücktrittsbremse vorgesehen ist, die unter Umgehung des Reibrad-Umlaufgetriebes und des Zahnrad- Umlaufgetriebes auf das Hinterrad des Fahrrades wirkt. It is envisaged that the output side of the friction wheel epicyclic gear is followed by a freewheel. It is further provided that a coaster brake is provided, which acts bypassing the friction-wheel epicyclic gear and the epicyclic gear on the rear wheel of the bicycle.
Der wesentliche Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass das gewählte Übersetzungsverhältnis im Fahrradgetriebe keine Auswirkung auf die Bremswirkung hat, die in die Rücktrittbremse eingeleitete Kraft also unmittelbar und allenfalls konstant übersetzt antriebsverzögernd wirkt. The main advantage of this embodiment is that the selected gear ratio in the bicycle transmission has no effect on the braking effect, ie the force introduced into the coaster brake so immediate and possibly constant translates drive delay.
Bei einer konkreten Ausführungsform der voran schon erwähnten Integration eines Elektromotors ist vorgesehen, dass das Getriebegehäuse den Stator trägt und die Radnabe glockenförmig ausgebildet ist, den Rotor trägt und das Getriebegehäuse umgibt.
Diese Ausführungsform hat den wesentlichen Vorteil, dass aufgrund des feststehenden Getriebegehäuses die Integration eines solchen Motors besonders einfach und mit der geringstmöglichen Anzahl von Bauteilen realisierbar ist. In a specific embodiment of the previously mentioned integration of an electric motor is provided that the gear housing carries the stator and the hub is bell-shaped, carries the rotor and surrounds the gear housing. This embodiment has the significant advantage that due to the fixed gear housing, the integration of such a motor is particularly simple and with the least possible number of components feasible.
Alternativ zur Glockenform kann die den Rotor tragende Radnabe auch ein das Getriebegehäuse vollständig umgebendes Rotorgehäuse bilden, so dass die Kapselung des Motors gegen Fremdstoffe auf diese Weise realisiert wird. Auch wenn auf den ersten Blick die direkte und unmittelbare Wirkung des Motors auf das Hinterrad unter Umgehung des erfindungsgemäßen Fahrradgetriebes nachteilig erscheinen mag, da hier vergleichsweise hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen realisiert werden müssen, spielt dies in der Praxis allenfalls eine untergeordnete Rolle. Da der Stator und der Rotor das Getriebegehäuse außenumfänglich umgeben, wird eine Mindestgröße des Motors erzwungen, welche die erforderlichen Drehmomente ohne weiteres gewährleistet. As an alternative to the bell shape, the wheel hub carrying the rotor can also form a rotor housing which completely surrounds the gear housing, so that the encapsulation of the motor against foreign substances is realized in this way. Although at first glance, the direct and immediate effect of the engine on the rear wheel, bypassing the bicycle transmission according to the invention may seem disadvantageous, since comparatively high torques must be realized at low speeds, this plays in practice at most a minor role. Since the stator and the rotor surround the outer circumference of the gear housing, a minimum size of the motor is enforced, which ensures the required torques readily.
Die bereits eingangs vorgestellte, zweite Variante einer möglichen Motorintegration kennzeichnet sich in einer konkreten Ausführungsform dadurch, dass der Antriebsseite ein Elektromotor vorgeschaltet ist, dessen Stator vom Getriebegehäuse getragen und innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist und der innerhalb des Getriebegehäuses angeordnete Rotor zumindest mittelbar auf die Innensonne des Reibrad-Umlaufgetriebes wirkt. The already presented at the outset, the second variant of a possible engine integration is characterized in a specific embodiment in that the drive side is preceded by an electric motor, the stator is supported by the transmission housing and disposed within the transmission housing and disposed within the transmission housing rotor at least indirectly to the inner sun Friction wheel epicyclic gear acts.
Da der Motor über das Reibrad-Umlaufgetriebe auf das Hinterrad des Fahrrades wirkt, lässt er sich mit wesentlichen höheren Drehzahlen und geringen Drehmomenten betreiben, so dass er kleinbauend innerhalb des Getriebegehäuses untergebracht werden kann.
Es ist denkbar, dass der so zuvor beschriebene Elektromotor nicht unmittelbar auf die Innensonne des Reibrad-Umlaufgetriebes wirkt, sondern vermittels des in Kraftfluss dann vorgeschalteten Zahnrad- Umlaufgetriebes. Since the engine acts on the rear wheel of the bicycle via the friction-wheel epicyclic gearbox, it can be operated at substantially higher speeds and with low torques, so that it can be accommodated in a compact manner inside the gearbox housing. It is conceivable that the electric motor described above does not act directly on the inner sun of the friction-wheel epicyclic gearbox, but rather by means of the gear-type epicyclic gearset which is then connected upstream in force flow.
Für eine kompakte Bauform des erfindungsgemäßen Fahrradgetriebes ist vorgesehen, dass das den Abtrieb des Zahnrad-Umlaufgetriebes bildende zentrale Innenrad mittels eines Koppelgliedes mit der Innensonne des Reibrad-Umlaufgetriebes gekoppelt ist. For a compact design of the bicycle transmission according to the invention it is provided that the output of the gear-epicyclic gear forming central inner wheel is coupled by means of a coupling member with the inner sun of the friction-wheel epicyclic gear.
Weitere Vorteile der Erfindung sowie ein besseres Verständnis derselben folgen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Fig. 1 1 : einen perspektivischen Dreiviertelschnitt einer ersten Further advantages of the invention and a better understanding of the same follow from the following description of exemplary embodiments. In the drawings: Fig. 1 1: a perspective three-quarter section of a first
Ausführungsform der Erfindung; Embodiment of the invention;
Fig. 12: einen Längsschnitt der Ausführungsform gemäß Fig. 1 1 ; Fig. 13: die Darstellung gemäß Fig. 12; FIG. 12 shows a longitudinal section of the embodiment according to FIG. 11; FIG. FIG. 13 shows the illustration according to FIG. 12; FIG.
Fig. 14: den Dreiviertelschnitt gemäß Fig . 1 1 quergeschnitten gemäß Schnittlinie A-A in Fig. 13; Fig. 15: den Dreiviertelschnitt gemäß Fig . 1 1 quergeschnitten gemäß Schnittlinie B-B in Fig. 13; FIG. 14: the three-quarter section according to FIG. 1 1 cross-sectioned along section line A-A in Fig. 13; FIG. 15: the three-quarter section according to FIG. 1 1 cross-sectioned along section line B-B in Fig. 13;
Fig. 16: den Dreiviertelschnitt gemäß Fig . 1 1 quergeschnitten entsprechend Schnittlinie C-C in Fig. 13; den Dreiviertelschnitt gemäß Fig . 1 1 quergeschnitten gemäß Schnittlinie D-D in Fig. 13;
Fig. 18: den Dreiviertelschnitt gemäß Fig. 1 1 quergeschnitten gemäß Schnittlinie E-E in Fig. 13; FIG. 16: the three-quarter section according to FIG. 1 1 cross-cut according to section line CC in Fig. 13; the three-quarter section of FIG. 1 1 cross-cut according to section line DD in Fig. 13; Fig. 18: the three-quarter section of Figure 1 1 cross-cut according to section line EE in Fig. 13;
Fig. 19: eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit außen laufendem Elektromotor; FIG. 19 shows a second embodiment of the invention with an external electric motor; FIG.
Fig. 20: eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit innen laufendem Elektromotor. Fig. 20: a third embodiment of the invention with an internal electric motor.
In den Figuren ist ein erfindungsgemäßes, stufenloses Fahrradgetriebe insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen. In the figures, an inventive, continuously variable bicycle transmission is generally designated by the reference numeral 10.
Das stufenlose Fahrradgetriebe 10 wird im Folgenden anhand der Figuren 1 1 und 12 in seinem grundsätzlichen Aufbau erläutert. Ergänzend wird auf die übrigen Figuren verwiesen werden. The continuously variable transmission 10 will be explained in the following with reference to the figures 11 and 12 in its basic structure. In addition, reference will be made to the other figures.
Die Erfindung geht von einem Fahrrad aus, wie es allgemein in Form eines Zweirades - als Sonderform dreirädrig - bekannt ist. Ein Rahmen trägt ein Vorderrad und ein Hinterrad, wobei ein Kurbelantrieb vorgesehen ist, der mittels einer Kette oder eines Zahnriemens über ein vorderes Kettenblatt die Antriebskraft auf ein am Hinterrad angeordnetes Ritzel aufbringt. In der Regel ist das Kettenblatt von seinem Umfang her größer als das Ritzel am Hinterrad. Deshalb stellt sich zwischen Kettenblatt und Ritzel ein erstes Übersetzungsverhältnis ein. Die Übersetzung ist definiert als i = ^ ^!8!3 wobei für Abtrieb und Antrieb wahlweise die Anzahl der The invention is based on a bicycle, as it is generally known in the form of a bicycle - as a special three-wheeled - known. A frame carries a front wheel and a rear wheel, wherein a crank drive is provided which applies by means of a chain or a toothed belt via a front chainring the driving force to a pinion arranged on the rear wheel. As a rule, the chainring is larger in circumference than the pinion on the rear wheel. Therefore, a first gear ratio arises between the chainring and the pinion. The translation is defined as i = ^ ^! 8 ! 3 where for output and drive either the number of
Antrieb drive
Zähne bzw. der wirksame Radumfang anzusetzen ist. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Kettenblatt und hinterem Ritzel ist also in der Regel i < 1 . Teeth or the effective wheel circumference is to be set. The transmission ratio between the chainring and the rear sprocket is therefore i <1.
Eine starre, das heißt rotationslos in der hinteren Gabel gehaltene Achse 1 1 - auch Tragachse 1 1 genannt - trägt erste Lager 12, mittels derer eine
Hülse 13 - auch Antriebshülse 13 genannt - auf der Achse 1 1 gehalten ist. Die Hülse 13 kann dank der Lager 12 um die Achse 1 1 rotieren. Ein Zahnrad, das sogenannte Ritzel 14 ist drehfest mit der Antriebshülse 13 verbunden. A rigid, that is held without rotation in the rear fork axis 1 1 - also called support shaft 1 1 - carries first bearing 12, by means of which a Sleeve 13 - also called drive sleeve 13 - is held on the axis 1 1. The sleeve 13 can rotate about the axis 1 1 thanks to the bearings 12. A gear, the so-called pinion 14 is rotatably connected to the drive sleeve 13.
Das Ritzel 14 stellt für die folgenden Betrachtungen die Antriebsseite des erfindungsgemäßen Fahrradgetriebes dar. The pinion 14 represents the drive side of the bicycle transmission according to the invention for the following considerations.
Am axial dem Ritzel 14 gegenüberliegenden Ende der Achse 1 1 ist die Radnabe 17 angeordnet. Sie ist über zweite Lager 18 rotativ an der Achse 1 1 festgelegt, kann sich also um die Achse 1 1 herum drehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel trägt die Bremsmomentbrücke 49 das zweite Lager 18, so dass diese zwischen der Radnabe 17 und der Achse 1 1 das vermittelnde Bauteil ist. At the axially opposite the pinion 14 end of the axis 1 1, the hub 17 is arranged. It is fixed via second bearing 18 rotatably on the axis 1 1, so it can rotate around the axis 1 1 around. In the illustrated embodiment, the brake torque bridge 49 carries the second bearing 18 so that it is the mediating component between the hub 17 and the axis 1 1.
Dem Ritzel 14 im Kraftfluss nachgeordnet ist ein Zahnrad-Umlaufgetriebe 19. Dieses umfasst - im Kraftfluss gesehen - zunächst einen ersten Planetenträger 20, der Planetenräder in Form von Zahnrädern 21 trägt und drehfest auf der Hülse 13 angeordnet ist. Infolgedessen dreht sich der Planetenträger 20 mit derselben Umdrehungszahl wie die Hülse 13. Subordinate to the pinion gear 14 in the power flow is a gear epicyclic geared 19. This comprises - seen in the power flow - first a first planet carrier 20, the planetary gears in the form of gears 21 and rotatably mounted on the sleeve 13 is arranged. As a result, the planet carrier 20 rotates at the same speed as the sleeve thirteenth
Das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 beinhaltet ferner ein Innenrad 22 mit einer Außenverzahnung, um welches die Zahnrad-Planeten 21 - in die Verzahnung eingreifend - herumlaufen. Ferner umfasst das Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 ein äußeres Hohlrad 23 mit einer Innenverzahnung, welches die Planetenräder 21 umgibt. Dieser Aufbau ist ergänzend in Fig. 14 dargestellt. The epicyclic gear 19 further includes an internal gear 22 having external teeth around which the planetary gears 21 - meshing with the gear teeth - pass. Further, the gear epicyclic gear 19 comprises an outer ring gear 23 with an internal toothing, which surrounds the planetary gears 21. This structure is additionally shown in FIG. 14.
Das Innenrad 22 weist einen Hülsenabschnitt 24 auf, mit welchem es rotationsbeweglich auf der Hülse 13 gelagert ist. Infolgedessen kann sich das Innenrad 22 relativ zur Hülse 13 drehen. Das Hohlrad 23 hingegen ist
rotationsstarr angeordnet vom Gehäuse 41 gehalten und dreht sich in Bezug auf die Hülse 13 bzw. die Achse 1 1 nicht. The inner wheel 22 has a sleeve portion 24, with which it is rotatably mounted on the sleeve 13. As a result, the inner wheel 22 can rotate relative to the sleeve 13. The ring gear 23, however, is held rotationally fixed by the housing 41 and does not rotate with respect to the sleeve 13 and the axis 1 1.
Das stufenlose Fahrradgetriebe 10 beinhaltet ferner ein insgesamt mit der Bezugsziffer 25 versehenes Reibrad-Umlaufgetriebe. Das Reibrad- Umlaufgetriebe 25 beinhaltet zunächst eine Außensonne 26, die von zwei Außenlaufringen 27 gebildet ist. Die Außenlaufringe 27 sind zueinander beabstandet angeordnet und bilden zwischen sich einen ersten Spalt 28. Ein Außenlaufring 27 lässt sich in Längsrichtung der Achse 1 1 verschieben. Die Außenlaufringe 27 sind hinsichtlich der Achse 1 1 rotationsfest am Getriebegehäuse 41 angeordnet. Eine Rotation der Außenlaufringe 27 bzw. der Außensonne 26 um die Achse 1 1 herum findet grundsätzlich nicht statt. Eine Ausnahme besteht lediglich bei einer Verstellung des verschieblichen Laufrings 27, die mit einer Schraubbewegung einhergeht. The continuously variable bicycle transmission 10 further includes a friction-wheel epicyclic gearbox, indicated generally by reference numeral 25. The friction-wheel epicyclic gear 25 first includes an outer sun 26, which is formed by two outer races 27. The outer races 27 are spaced from each other and form between them a first gap 28. An outer race 27 can be in the longitudinal direction of the axis 1 1 move. The outer races 27 are rotationally fixed to the transmission housing 41 with respect to the axis 1 1. A rotation of the outer races 27 and the outer sun 26 about the axis 1 1 around basically does not take place. An exception is only with an adjustment of the sliding race 27, which is accompanied by a screwing movement.
Das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 umfasst ferner eine Innensonne 29. Die Innensonne 29 wird von zwei zueinander beabstandet angeordneten Innenlaufringen 30 gebildet. Die Innenlaufringe 30 bilden zwischen sich einen zweiten Spalt 31 und sind hinsichtlich der Achse 1 1 in Axialrichtung verschieblich gelagert. Sie sind außerdem rotativ hinsichtlich der Achse 1 1 gelagert, rotieren demnach um die Achse 1 1 . Die Innenlaufringe 30 sind zueinander drehfest gekoppelt, beispielsweise über Stifte oder eine gemeinsame, verzahnte Hülse. Die Spaltweite des zweiten Spaltes 31 wird über eine Drehmomentkupplung 32 gesteuert, die unter anderem einen Koppelring 33 beinhaltet, der rotationsfest mit dem Innenrad 22, insbesondere dessen Hülsenabschnitt 24 verbunden ist. Eine Tellerfeder 67 dient als Vorspannelement der Drehmomentkupplung 32. Die Drehmomentkupplung 32 hält die Innensonne 29, ist zudem rotationsgekoppelt auf dem Hülsenabschnitt 24 des Innenrades 22 angeordnet und dreht sich demzufolge mit der gleichen Umdrehungszahl
wie das Innenrad 22. Der Hülsenabschnitt 24 ist gleichsam das Koppelglied zwischen Zahnrad-Umlaufgetriebe und der Innensonne des Reibrad-Umlaufgetriebes 25. Zwischen der Innensonne 29 und der Außensonne 26 des Reibrad- Umlaufgetriebes 25 sind Doppelkegelräder 34 angeordnet. Das Doppelkegelrad 34 ist dabei so aufgebaut, dass die Kegelbasen aneinander anliegen und in den ersten Spalt 28 zwischen den Außenlaufringen 27 und den zweiten Spalt 31 zwischen den Innenlaufringen 30 eintauchen, so dass die Kegelumfangsflächen an den Außenlaufringen 27 und Innenlaufringen 30 abrollen. Zum Aufbau des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 wird auf Fig. 15 verwiesen. Hier wird ein Radialschnitt durch die Ebene der Kegelbasen der Doppelkegelräder 34 gezeigt. The friction-wheel epicyclic transmission 25 further comprises an inner sun 29. The inner sun 29 is formed by two spaced-apart inner races 30. The inner races 30 form between them a second gap 31 and are slidably mounted with respect to the axis 1 1 in the axial direction. They are also rotatably mounted with respect to the axis 1 1, therefore rotate about the axis 1 1. The inner race 30 are rotatably coupled to each other, for example via pins or a common toothed sleeve. The gap width of the second gap 31 is controlled by a torque coupling 32, which includes, inter alia, a coupling ring 33 which is rotationally fixed to the inner wheel 22, in particular its sleeve portion 24 is connected. A plate spring 67 serves as a biasing member of the torque coupling 32. The torque coupling 32 holds the inner sun 29, is also rotatably coupled on the sleeve portion 24 of the inner wheel 22 and thus rotates with the same number of revolutions as the internal gear 22. The sleeve portion 24 is as it were the coupling member between the epicyclic gear and the inner sun of the friction-epicyclic gear 25. Between the inner sun 29 and the outer sun 26 of the Reibrad- epicyclic gear 25 double bevel gears 34 are arranged. The Doppelkegelrad 34 is constructed so that the cone bases abut each other and immerse in the first gap 28 between the outer races 27 and the second gap 31 between the inner races 30, so that the Kegelumfangsflächen roll on the outer races 27 and inner races 30. For construction of the friction wheel epicyclic gear 25, reference is made to FIG. 15. Here a radial section through the plane of the conical bases of the double bevel gears 34 is shown.
Die Doppelkegelräder 34 sind ihrerseits mit einem zweiten Planetenträger 35 verbunden, der die Doppelkegelräder 34 hält. Der zweite Planetenträger 35 umfasst Schwingen 36, die einerseits jeweils eine Achse 56 eines Doppelkegelrades 34 halten und andererseits über einen Bolzen 57 an einem Planetenträgerring 38 festgelegt sind. Hierzu wird auf Fig. 6 verwiesen, welche die Anordnung der Doppelkegelräder 34 in den Schwingen 36 zeigt. Die Schwingen 36 sind in bevorzugter Ausführungsform einteilig und aus einem Sintermetall gefertigt, welches als Lager für den Bolzen 57 und die Achse 56 dient. The Doppelkegelräder 34 are in turn connected to a second planet carrier 35 which holds the Doppelkegelräder 34. The second planetary carrier 35 comprises rockers 36 which, on the one hand, respectively hold an axis 56 of a double-bevel gear 34 and, on the other hand, are fixed to a planet carrier ring 38 via a bolt 57. Reference is made to Fig. 6, which shows the arrangement of the double bevel gears 34 in the rocker 36. The rockers 36 are in a preferred embodiment in one piece and made of a sintered metal, which serves as a bearing for the bolt 57 and the axis 56.
Dieser Aufbau des zweiten Planetenträgers 35 ermöglicht eine Radialbewegung der Doppel kegelräder 34 in Bezug auf die Achse 1 1 . Fig. 17 zeigt den zweiten Planetenträger 35 in seiner Anordnung im Getriebegehäuse 41 . This structure of the second planetary carrier 35 allows a radial movement of the double bevel gears 34 with respect to the axis 1 1. FIG. 17 shows the second planetary carrier 35 in its arrangement in the transmission housing 41.
Der zweite Planetenträger 35 rotiert um die Achse 1 1 und ist mit einer Abtriebshülse 39 über einen Freilauf 66 in Vortriebsrichtung rotationsfest
verbunden, das heißt, dass sich die Abtriebshülse 39 in Vortriebsrichtung mit der gleichen Umdrehungszahl wie der Planetenträger um die Achse 1 1 dreht. Die Abtriebshülse 39 ist zudem drehfest mit der Radnabe 17 gekoppelt, so dass diese sich mit derselben Umdrehungszahl wie die Abtriebshülse 39 um die Achse 1 1 dreht. The second planetary carrier 35 rotates about the axis 1 1 and is rotationally fixed with an output sleeve 39 via a freewheel 66 in the forward direction connected, that is, that the output sleeve 39 rotates in the drive direction with the same number of revolutions as the planet carrier about the axis 1 1. The output sleeve 39 is also rotatably coupled to the wheel hub 17 so that it rotates about the axis 1 1 with the same number of revolutions as the output sleeve 39.
Zum Reibrad-Umlaufgetriebe 25 gehört schließlich noch eine Versteileinrichtung 40, mit welcher die axiale Spaltweite des ersten Spaltes 28 verändert werden kann. Finally, an adjusting device 40 with which the axial gap width of the first gap 28 can be changed still belongs to the friction wheel planetary gear 25.
Ein Getriebegehäuse 41 umgibt das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 sowie das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 und ist über eine Drehmomentstütze 42 fest mit dem Rahmen des Fahrrades verbunden. Infolgedessen ist das Getriebegehäuse 41 rotationsfest, also starr am Fahrradrahmen angeordnet und dreht sich nicht um die Achse 1 1 . Zu Kühlungszwecken, die später beschrieben werden, ist Aluminium aufgrund seiner guten Wärmeleiteigenschaften das bevorzugte Gehäusematerial Sowohl das Hohlrad 23 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 wie auch die Außensonne 26 des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 sind deshalb rotationsfest am Getriebegehäuse 41 festgelegt. Ein drittes Lager 43 zwischen Getriebegehäuse 41 und Hülse 13 erlaubt die Relativbewegung der Hülse 13 zum Getriebegehäuse 41 . Ein viertes Lager 44 erlaubt eine Relativbewegung zwischen den starr angeordneten Getriebegehäuse 41 und der Abtriebshülse 39. Ein fünftes Lager 45 stützt die Abtriebshülse 39 über das Spreizteil 73 der Rücktrittsbremse 46 auf der Tragachse 1 1 ab. A gear housing 41 surrounds the epicyclic gear 19 and the friction gear epicyclic gear 25 and is connected via a torque arm 42 fixed to the frame of the bicycle. As a result, the gear housing 41 is rotationally fixed, so rigidly arranged on the bicycle frame and does not rotate about the axis 1 1. For cooling purposes, which will be described later, aluminum is the preferred housing material due to its good thermal conduction properties. Both the ring gear 23 of the epicyclic gear 19 and the outer sun 26 of the friction wheel epicyclic gear 25 are therefore fixed to the gear housing 41 in a rotationally fixed manner. A third bearing 43 between the gear housing 41 and sleeve 13 allows the relative movement of the sleeve 13 to the transmission housing 41st A fourth bearing 44 allows a relative movement between the rigidly arranged gear housing 41 and the output sleeve 39. A fifth bearing 45 supports the output sleeve 39 via the expansion part 73 of the coaster brake 46 on the support shaft 1 1.
Innerhalb der Abtriebshülse 39 ist eine Rücktrittbremse 46 angeordnet, die als Rollenbremse ausgestaltet ist. Im Bereich von Rollen 47, die einen Abschnitt der Antriebshülse 13 umgeben, weist die Antriebshülse 13 radiale Rampen auf. Wird auf das Ritzel 14 eine der Antriebsbewegung entgegengesetzte Bewegung aufgezwungen, drücken die Rampen die Rollen 47 nach außen gegen Bremsbacken 48, welche gegen die
Innenumfangsfläche der Antriebshülse 13 gedrückt wird. Die Bremsbacken 48 sind über eine Bremsmomentbrücke 49 mit einer Bremsmomentstütze 50 gekoppelt, die ihrerseits drehfest mit dem Fahrradrahmen verbunden ist. Within the output sleeve 39, a coaster brake 46 is arranged, which is designed as a roller brake. In the area of rollers 47, which surround a portion of the drive sleeve 13, the drive sleeve 13 has radial ramps. If one of the drive movement imposed on the pinion 14 opposite movement, the ramps press the rollers 47 outwardly against brake shoes 48, which against the Inner peripheral surface of the drive sleeve 13 is pressed. The brake shoes 48 are coupled via a brake torque bridge 49 with a brake torque arm 50, which in turn is rotatably connected to the bicycle frame.
Um die beim Bremsen entstehende Wärme gut abführen zu können, schlägt die Erfindung ein vorteilhaftes Kühlsystem vor. Zu diesem Kühlsystem gehören zunächst in Umfangsrichtung verlaufende, außenumfänglich auf der Abtriebshülse 39 aufgebrauchte Kühlrippen 51 . Die Radnabe 17 weist in ihrem die Abtriebshülse 39 umgebenden Bereich Luftzufuhröffnungen 52 auf, die umfangsbeabstandet zueinander angeordnet sind. Zwischen den Luftzuführöffnungen 52 sind auf der Innenseite der Radnabe 17 Luftschaufeln 53 angeordnet. Das Getriebegehäuse 41 trägt den Luftschaufeln 53 zugewandte Luftleitrippen 54. Dies ist auch in Fig. 18 dargestellt. In order to dissipate the heat generated during braking well, the invention proposes an advantageous cooling system. To this cooling system initially belonging in the circumferential direction, the outer circumference exhausted on the output sleeve 39 cooling fins 51 belong. The wheel hub 17 has in its surrounding the output sleeve 39 area air supply openings 52 which are circumferentially spaced from each other. Between the air supply openings 52 17 air blades 53 are arranged on the inside of the wheel hub. The gear housing 41 carries the air blades 53 facing Luftleitrippen 54. This is also shown in Fig. 18.
Funktion des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels: Function of the above-described embodiment:
Über einen nicht dargestellten Kurbelantrieb, der ein vorderes Kettenblatt aufweist, wird über ein Zugmittel, beispielsweise eine Kette, eine Antriebskraft auf das hintere Ritzel 14 übertragen. Alternativ zu einem gängigen Kettenantrieb, bei welchem das vordere Kettenblatt sowie das Ritzel 14 als Zahnrad ausgebildet und über eine Kette miteinander verbunden sind, ist der Antrieb über einen Zahnriemen denkbar und hat aufgrund einer geringeren Geräuschentwicklung sowie eines Betriebes ohne Schmiermittel nicht unerhebliche Vorteile. Via a crank drive, not shown, which has a front chainring, a driving force is transmitted to the rear sprocket 14 via a traction means, such as a chain. As an alternative to a common chain drive, in which the front chainring and the pinion 14 are formed as a gear and connected to each other via a chain, the drive via a toothed belt is conceivable and has significant advantages due to a lower noise and operation without lubricant.
Das vordere Kettenblatt ist größer als das hintere Kettenblatt, so dass zusammen mit dem Zugmittel eine erste Übersetzung gebildet ist. Diese kann auch als Zugmittelgetriebe bezeichnet werden. Diese erste Übersetzung weist meistens ein Übersetzungsverhältnis von i deutlich kleiner 1 auf. Eine relative langsame Umdrehung des vorderen
Kettenblattes wird so in eine hierzu schnellere Umdrehung des hinteren Ritzels 14 gewandelt. Das auf die Antriebshülse 13 wirkende Drehmoment wird entsprechend reduziert. Diese erste Übersetzung ist in der Regel nicht schaltbar. The front chainring is larger than the rear chainring, so that together with the traction means a first translation is formed. This can also be referred to as a traction mechanism. This first translation usually has a gear ratio of i much less than 1. A relative slow turn of the front Chainring is thus converted into a faster rotation of the rear sprocket 14 for this purpose. The torque acting on the drive sleeve 13 is reduced accordingly. This first translation is usually not switchable.
Das in den Figuren dargestellte, stufenlose Fahrradgetriebe 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel Bestandteil des Hinterrades, welches mittels der starren Achse 1 1 in der hinteren Gabel des Fahrradrahmens eingespannt ist. Die über das Zugmittelgetriebe auf das Hinterrad zu übertragende Vortriebskraft wird von der drehfest mit dem Ritzel 14 verbundenen, jedoch rotationsbeweglich auf der Achse 1 1 gelagerten Antriebshülse 13 - hierzu dienen die ersten Lager 12 - in das Getriebegehäuse 41 geführt. Das Getriebegehäuse 41 ist über eine Drehmomentstütze 42 rotationsfest mit dem Rahmen verbunden und hält die Antriebshülse 13 rotationsbeweglich über dritte Lager 43. The illustrated in the figures, continuously variable transmission 10 is in this embodiment part of the rear wheel, which is clamped by means of the rigid axle 1 1 in the rear fork of the bicycle frame. The driving force to be transmitted via the traction mechanism to the rear wheel is guided into the transmission housing 41 by the drive sleeve 13 connected rotatably to the pinion 14, but rotatably mounted on the axle 11. The gear housing 41 is rotationally fixedly connected to the frame via a torque support 42 and holds the drive sleeve 13 rotationally movable via third bearings 43.
Die Antriebskraft in Form einer Rotationsbewegung wird von der Antriebshülse 13 auf das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 weitergeleitet, dessen Planetenträger 20 hierfür drehfest auf der Antriebswelle angeordnet ist. Er rotiert folglich mit der Antriebshülse 13. Das außenliegende Hohlrad 23 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 bildet den drehfesten Bestandteil, da es rotationslos mit dem Getriebegehäuse 41 verbunden ist. Infolgedessen wird die Drehbewegung über die am Planetenträger 20 gehaltenen Planetenzahnräder 21 an das Innenrad 22 weitergegeben, wobei hier eine weitere Übersetzung mit einem Übersetzungsverhältnis i < 1 realisiert ist. Diese Übersetzung wird im Folgenden sprachlich als dritte Übersetzung definiert und durch das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 realisiert. Durch das Übersetzungsverhältnis i < 1 wird damit die Umdrehungsgeschwindigkeit gegenüber dem Ritzel 14 weiter erhöht. Hierdurch findet eine weitere Drehmomentreduzierung gegenüber dem auf den Kurbelantrieb wirkenden Drehmoment statt. Die dritte Übersetzung ist nicht schaltbar.
Das Innenrad 22 ist rotationsbeweglich auf der Antriebshülse 13 gelagert, es kann sich demzufolge relativ zur Antriebshülse 13 drehen. An das Innenrad 22 ist ein Koppelglied in Form eines einstückig stoffschlüssig angeformten Hülsenabschnitts 24 angeformt, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch die Lagerung des Innenrades 22 auf der Antriebshülse 13 realisiert. Über den Hülsenabschnitt 24 wird die Antriebskraft in Form der erheblich gesteigerten Antriebsdrehzahl bei entsprechender Drehmomentreduktion in das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 eingeleitet, welches eine stufenlose Übersetzung der in das Getriebegehäuse eingebrachten Eingangsrotationsbewegung in eine das Rad antreibende Ausgangsrotationsbewegung ermöglicht. Ein zweiter Bestandteil des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 bildet die feststehende Außensonne 26, die ebenfalls aus zwei Ringen, nämlich den Außenlaufringen 27 gebildet ist. Diese sind rotationsfest am rotationslos gehaltenen Getriebegehäuse 41 festgelegt. Die Axialverschiebung eines Außenlaufringes 27 ist über eine Versteileinrichtung 40 möglich. Doppelkegelräder 34 - wenigstens drei, bevorzugt 6 an der Zahl - laufen mit ihren Kegelflächen an den Innenlaufringen 30 und Außenlaufringen 27 ab, die hierzu jeweils einen ersten Spalt 28 bzw. zweiten Spalt 31 zwischen sich bilden. Da die Innensonne 29 rotiert und die Außensonne 26 drehfest angeordnet ist, wird die Rotationsbewegung der Innensonne 29 auf die Doppelkegelräder 34 übertragen, die diese auf ihren Planetenträger 35 weitergeben, so dass dieser ebenfalls rotiert. Die Übersetzung im Reibrad-Umlaufgetriebe 25 - sprachlich als zweite Übersetzung definiert - weist ein Übersetzungsverhältnis von i > 1 auf, welches über den gesamten Verstellbereich des stufenlos verstellbaren Reibrad-Umlaufgetriebes 25 gewährleistet ist.
Um das Übersetzungsverhältnis i des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 zu verändern, wird über die aktiv regelbare Versteileinrichtung 40 - auch erste Versteileinrichtung 40 genannt - die Spaltweite des ersten Spaltes 28 verändert. Um das Übersetzungsverhältnis zu vergrößern, wird der erste Spalt 28 geweitet, so dass die Doppelkegelräder 34 tiefer in den Spalt 28 eintauchen und Ihre Bewegungsbahn um die Innensonne 29 einen größeren Umfang erhält. Bei einer Weitung des ersten Spaltes 28 führt die Drehmomentkupplung 32 der Innensonne 29 den zweiten Spalt 31 nach und verengt diesen. Hierdurch werden die Doppelkegelräder 34 auf ihre neue Umlaufbahn bewegt und tiefer in den erweiterten ersten Spalt 28 hineinbewegt. Die Drehmomentkupplung 32 bildet in diesem Sinne eine zweite, passiv nachführende Versteileinrichtung. Sie übt eine zum Antriebsmoment proportional wirkende Anpresskraft auf den linken Innenlaufring 30 aus. Die Reaktionskraft wirkt über den Hülsenabschnitt 24 auf den rechten Innenlaufring 30. The driving force in the form of a rotational movement is forwarded from the drive sleeve 13 to the epicyclic gear 19, the planet carrier 20 is rotatably arranged on the drive shaft for this purpose. It thus rotates with the drive sleeve 13. The outer ring gear 23 of the epicyclic gear 19 forms the rotationally fixed component, since it is rotationally connected to the transmission housing 41. As a result, the rotational movement is transmitted via the planet gears held on the planet carrier 20 to the inner wheel 22, wherein here a further translation with a transmission ratio i <1 is realized. This translation is hereinafter linguistically defined as a third translation and realized by the gear epicyclic gear 19. By the gear ratio i <1 so that the rotational speed relative to the pinion 14 is further increased. As a result, there is a further torque reduction with respect to the torque acting on the crank drive. The third translation is not switchable. The inner wheel 22 is rotatably mounted on the drive sleeve 13, it can therefore rotate relative to the drive sleeve 13. To the inner wheel 22, a coupling member in the form of a one-piece cohesively molded sleeve portion 24 is formed, which also realizes the storage of the inner wheel 22 on the drive sleeve 13 in the present embodiment. About the sleeve portion 24, the driving force is introduced in the form of significantly increased input speed with a corresponding torque reduction in the friction-epicyclic gear 25, which allows a continuous transmission of the introduced into the transmission housing input rotational movement in a wheel driving output rotation movement. A second component of the friction-wheel epicyclic gear 25 forms the stationary outer sun 26, which is also formed of two rings, namely the outer races 27. These are rotationally fixed to the rotationally held gear housing 41 fixed. The axial displacement of an outer race 27 is possible via an adjusting device 40. Double bevel gears 34 - at least three, preferably 6 in number - run with their conical surfaces on the inner races 30 and outer races 27, which each form a first gap 28 and second gap 31 between them. Since the inner sun 29 rotates and the outer sun 26 is arranged rotationally fixed, the rotational movement of the inner sun 29 is transmitted to the double bevel gears 34, which pass this on their planet carrier 35 so that it also rotates. The translation in the friction-wheel epicyclic gear 25 - linguistically defined as a second gear ratio - has a gear ratio of i> 1, which is ensured over the entire adjustment range of the continuously variable friction gear epicyclic gear 25. In order to change the transmission ratio i of the friction-wheel epicyclic gear 25, the gap width of the first gap 28 is changed via the actively controllable adjusting device 40 - also called the first adjusting device 40. In order to increase the gear ratio, the first gap 28 is widened, so that the double bevel gears 34 dive deeper into the gap 28 and your trajectory around the inner sun 29 receives a greater extent. With a widening of the first gap 28, the torque coupling 32 of the inner sun 29 leads the second gap 31 and narrows it. As a result, the double bevel gears 34 are moved to their new orbit and moved deeper into the extended first gap 28. The torque coupling 32 in this sense forms a second, passive tracking adjusting device. It exerts a force acting proportionally to the drive torque on the left inner race 30. The reaction force acts on the right inner race 30 via the sleeve portion 24.
Selbstverständlich ist es in der Umkehrung des Verstellprinzips möglich, die Spaltbreite des zweiten Spaltes 31 aktiv durch eine Versteileinrichtung zu beeinflussen und die Spaltweite des ersten Spaltes 28 passiv nachzuführen. Of course, in the reversal of the adjustment principle, it is possible to actively influence the gap width of the second gap 31 by an adjusting device and passively track the gap width of the first gap 28.
Um die Radialbewegung der Doppelkegelräder 34 zu ermöglichen, sind diese über Schwingen 36 mit dem Planetenträgerring 38 verbunden. Je weiter innen die Doppelkegelräder 34 laufen, desto kleiner ist das Übersetzungsverhältnis im Reibrad-Umlaufgetriebe 25, je weiter außen die Kegelräder 34 laufen, desto größer ist das Übersetzungsverhältnis. Dabei bleibt jedoch eine Grundvoraussetzung bestehen; das Übersetzungsverhältnis im Reibrad-Umlaufgetriebe 25 ist immer i > 1 . Wurde also die Umdrehungsgeschwindigkeit ausgehend vom Kurbelantrieb bis zum Eingang in das stufenlos verstellbare Reibrad- Umlaufgetriebe 25 kontinuierlich erhöht, um das Drehmoment zu reduzieren, fand also eine Übersetzung ins Schnelle statt, so kehrt das
Reibrad-Umlaufgetriebe 25 dies unter Erhöhung des Drehmomentes um und übersetzt ins Langsame. Durch die massive Reduzierung des Antriebsdrehmomentes bei Erhöhung der Drehzahl ist es möglich, ein kleinbauendes Getriebe zu schaffen, welches auf seiner Abtriebsseite dennoch ausreichend Drehmoment zur Fortbewegung des Fahrrades liefert. In order to allow the radial movement of the double bevel gears 34, these are connected via rockers 36 with the planet carrier ring 38. The further inside the double bevel gears 34 run, the smaller the gear ratio in the friction-wheel epicyclic gearbox 25, the further outward the bevel gears 34 run, the greater the gear ratio. However, a basic requirement remains; the gear ratio in the friction-wheel epicyclic gear 25 is always i> 1. Thus, if the speed of rotation from the crank drive to the input into the infinitely variable friction-wheel epicyclic gearing 25 has been increased continuously in order to reduce the torque, that is, if a gear ratio has been translated, this is reversed Friction orbit gear 25 this with increasing the torque and translated to slow. Due to the massive reduction of the drive torque when increasing the speed, it is possible to create a small-sized transmission, which nevertheless provides sufficient torque on its output side for locomotion of the bicycle.
Der zweite Planetenträger 35 des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 ist drehfest mit der Abtriebshülse 39 verbunden, an welcher - ebenfalls drehfest - die hier glockenförmig ausgebildete Radnabe 17 befestigt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierzu die Radnabe 17 an der Abtriebshülse 39 schraubbefestigt. Infolgedessen wird die Abtriebshülse 39 und die Radnabe 17 mit der Ausgangsumdrehungszahl des Reibrad- Umlaufgetriebes 25 bewegt. The second planetary carrier 35 of the friction-wheel epicyclic gear 25 is non-rotatably connected to the output sleeve 39, to which - also rotationally fixed - the bell-shaped here wheel hub 17 is attached. In the present embodiment, the wheel hub 17 is screw-fastened to the output sleeve 39 for this purpose. As a result, the output sleeve 39 and the wheel hub 17 are moved with the output revolution number of the friction-wheel epicyclic gear 25.
Die Radnabe 17 umgibt das Getriebegehäuse 41 glockenartig und ist zum Ritzel 14 hin offen. Um die Abwärme der in die Abtriebshülse 39 integrierten Rücktrittbremse 46 zu optimieren, weist die Nabe 17 auf ihrer dem Ritzel 14 gegenüberliegenden Seite Luftzuführöffnungen 52 auf, die umfangsverteilt angeordnet sind. Zwischen den Luftzuführöffnungen 52 sind Luftschaufeln 53 angeordnet, die in Richtung des Getriebegehäuses 41 weisen. The wheel hub 17 surrounds the gear housing 41 like a bell and is open towards the pinion 14. In order to optimize the waste heat of integrated in the output sleeve 39 coaster brake 46, the hub 17 on its side opposite the pinion 14 side air supply openings 52, which are arranged circumferentially distributed. Between the air supply openings 52 air blades 53 are arranged, which point in the direction of the transmission housing 41.
Durch die Rotationsbewegung der Radnabe 17 und die Form und Anordnung der Luftschaufeln 53 wird ein Luftstrom erzeugt, der die Luft aus dem Glockeninnenraum der Radnabe 17 in Richtung Ritzel 14 hinaus drängt. Dieser Luftstrom wird durch Luftleitrippen 54 gefördert und optimiert, welche am Getriebegehäuse 41 , den Luftschaufeln 53 zugewandt, angeordnet sind. In dem durchströmten Luftraum ist der Teil der Abtriebshülse 39 angeordnet, welcher die Rücktrittbremse 46 beinhaltet und außenumfänglich mit die Wärmeabfuhr optimierenden Kühlrippen 51 versehen ist. Der so erzeugte Luftstrom streicht über das
Getriebegehäuse 41 und sorgt somit dort für eine Kühlung der innen liegenden, in einem Ölbad laufenden Komponenten. Due to the rotational movement of the wheel hub 17 and the shape and arrangement of the air blades 53, an air flow is generated, which forces the air from the bell interior of the wheel hub 17 in the direction of the pinion 14 addition. This air flow is promoted and optimized by Luftleitrippen 54, which on the gear housing 41, the air blades 53 facing arranged. In the air space through which flows the part of the output sleeve 39 is arranged, which includes the coaster brake 46 and the outer circumference is provided with the heat dissipation optimizing cooling fins 51. The generated air stream sweeps over the Transmission housing 41 and thus provides there for a cooling of the internal, running in an oil bath components.
Die Radnabe 17 weist außenumfänglich zwei voneinander beabstandete, umlaufende Kränze 55 auf, die als Speichenträger für das Hinterrad des Fahrrades dienen. The wheel hub 17 has the outer circumference two spaced-apart, circumferential rings 55, which serve as a storage carrier for the rear wheel of the bicycle.
Ein wesentlicher Aspekt des vorliegenden Fahrradgetriebes 10 ist die Nutzung des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 als stufenlos verstellbare Getriebeeinheit, die ein Übersetzungsverhältnis von ausschließlich i > 1 aufweist. Dies ermöglicht es, hohe Eingangsdrehzahlen mit niedrigen Drehmomenten über ein kompakt bauendes Getriebe in für den Fahrradvortrieb günstige Ausgangsdrehzahlen zu wandeln. Je nach Fahrradgröße ist die dritte Übersetzung durch das hier im Beispiel genutzte Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 nicht erforderlich. Die erste Übersetzung vom Kettenblatt auf das Ritzel 14 kann ausreichend hohe Drehzahlen erzeugen, so dass auf diese dritte Übersetzungsstufe verzichtet werden kann. Ebenso bildet die Rücktrittbremse 46 ein optionales Bauteil des stufenlosen Fahrradgetriebes 10. An essential aspect of the present bicycle transmission 10 is the use of the friction-wheel epicyclic gear 25 as a continuously variable transmission unit, which has a transmission ratio of only i> 1. This makes it possible to convert high input speeds with low torques over a compact gearbox in favorable for the bicycle propulsion output speeds. Depending on the size of the bicycle, the third gear ratio is not required by the gear epicyclic gear 19 used here in the example. The first translation of the chainring on the pinion 14 can generate sufficiently high speeds, so that can be dispensed with this third gear ratio. Likewise, the coaster brake 46 forms an optional component of the continuously variable bicycle transmission 10.
Das starre Getriebegehäuse 41 ermöglicht es, das wie beschrieben funktionierende Reibrad-Umlaufgetriebe auszubilden und bietet gleichzeitig die Voraussetzungen, das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 zu integrieren. Es bietet darüber hinaus die Möglichkeit, die vorbeschriebene Rücktrittbremse 46 unmittelbar und unter Umgehung der Getriebekomponenten auf das Hinterrad wirken zu lassen, so dass die Bremswirkung nicht durch die über die Getriebe realisierte, variierende Übersetzung beeinflusst ist. Da das feststehende Getriebegehäuse 41 nicht als Speichenträger dient und damit nicht unmittelbare Komponente der sich drehenden Hinterradbestandteile ist, ist es hinsichtlich einer eventuellen Wartung und
Reparatur vorteilhaft ausgestaltet. Im Gegensatz zu Getriebegehäusen 41 , die gleichzeitig den Speichenträger bilden und rotieren, kann die Radnabe 17 von den eigentlichen Getriebekomponenten entfernt werden, ohne dass die Radspeichen demontiert werden müssen. Nach Ausbau des Getriebegehäuses 41 lässt sich dieses öffnen und die einzelnen Getriebekomponenten lassen sich warten. Auf diesem Wege lässt sich das Getriebe alternativ zur Instandsetzung besonders einfach und schnell tauschen. In das Getriebe 10 ist ein Freilauf 66 integriert, der innerhalb des Getriebegehäuses 41 Platz findet und eine Umkehrung des Kraftflusses vom Hinterrad über das Getriebe auf den Kurbelantrieb verhindert. The rigid gear housing 41 makes it possible to form the functioning as described Reibrad epicyclic gear and also provides the conditions to integrate the epicyclic gear 19. It also offers the possibility to let act the above-described coaster brake 46 directly and bypassing the transmission components on the rear wheel, so that the braking effect is not affected by the realized via the transmission, varying ratio. Since the fixed gear housing 41 does not serve as a storage carrier and thus is not an immediate component of the rotating Hinterradbestandteile, it is with regard to a possible maintenance and Repair designed advantageous. In contrast to gear housings 41, which simultaneously form and rotate the spoke carrier, the wheel hub 17 can be removed from the actual transmission components without the wheel spokes having to be disassembled. After removal of the transmission housing 41, this can be opened and the individual transmission components can be maintained. In this way, the gearbox can be exchanged as an alternative to repair particularly easy and fast. In the transmission 10, a freewheel 66 is integrated, which finds place in the transmission case 41 and prevents reversal of the flow of power from the rear wheel via the transmission to the crank drive.
Das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 ermöglicht eine Verstellung des Übersetzungsverhältnisses um das 4- bis 6-fache zwischen seiner kleinsten und seiner größten Übersetzung. The friction-wheel epicyclic gearbox 25 allows an adjustment of the gear ratio by 4 to 6 times between its smallest and its largest translation.
Bei Fahrrädern zwischen 26 und 29 Zoll Größe unter Verwendung der Erfindung wird über Kettenblatt und Ritzel 14 oder über vordere und hintere Riemenscheiben ein Übersetzungsverhältnis von i = 0,5 bis 0,7 angestrebt. Ein Übersetzungsverhältnis von i = 0,59 wird beispielsweise realisiert, indem das Kettenblatt des Kurbelantriebs 34 Zähne und das Ritzel 20 Zähne aufweist. Weiterhin empfiehlt die Erfindung, das im Ausführungsbeispiel dargestellte Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 einzusetzen und hier ein Übersetzungsverhältnis von i ca. 0,34 anzustreben, so dass die Gesamtübersetzung aus erster Übersetzung und dritter Übersetzung durch das Zugmittelgetriebe und das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 i etwa 0,2 ergibt. Die Kurbeldrehzahl wird so fünffach erhöht. Alternativ lässt sich selbstverständlich ein Übersetzungsverhältnis von i 0,2 auch allein über Kettenblatt und Ritzel 14 und deren Dimensionierung realisieren.
Die zweite Übersetzung, realisiert durch das Reibrad-Umlaufgetriebe 25, weist in jedem Fall Übersetzungsverhältnisse i > 1 auf, wobei ein Übersetzungsverhältnis von i = 1 ,5 bis i = 6 oder mehr und somit ein vierfacher Verstellbereich angestrebt ist. For bicycles between 26 and 29 inches in size using the invention, a gear ratio of i = 0.5 to 0.7 is sought through the chainring and pinion 14 or front and rear pulleys. A gear ratio of i = 0.59 is realized, for example, by having the chainring of the crank drive 34 teeth and the pinion 20 teeth. Furthermore, the invention recommends to use the gear epicyclic gear 19 shown in the exemplary embodiment and here strive for a gear ratio of i about 0.34, so that the total translation of the first gear ratio and third gear ratio by the traction mechanism and the epicyclic gear 19 i about 0, 2 results. The crank speed is increased five times. Alternatively, of course, a gear ratio of i 0.2 can also be realized solely on chainring and pinion 14 and their dimensioning. The second gear ratio, realized by the friction-wheel epicyclic gearing 25, has gear ratios i> 1 in each case, wherein a gear ratio of i = 1, 5 to i = 6 or more and thus a fourfold adjustment range is desired.
Über die Anzahl der Planetenräder, insbesondere der Doppelkegelräder 34, lässt sich die Drehmomenttoleranz, insbesondere des Reibrad- Umlaufgetriebes 25 variieren. Jedes Doppelkegelrad 34 überträgt über vier Stellen das Drehmoment, so dass sich die Drehmomentbelastung im Reibrad-Umlaufgetriebe 25 über jedes zusätzlich laufende Doppelkegelrad 34 erheblich reduzieren lässt. On the number of planet gears, in particular the double bevel gears 34, the torque tolerance, in particular of the friction wheel epicyclic gear 25 can be varied. Each Doppelkegelrad 34 transmits the torque over four points, so that the torque load in the friction-wheel epicyclic gearbox 25 can be considerably reduced via each additionally running Doppelkegelrad 34.
Bei der bevorzugten Ausführungsform mit 6 Doppelkegelrädern wird das Drehmoment an insgesamt 24 Stellen übertragen. Auf diese Weise wird ein sehr robustes, und dennoch kleinbauendes Getriebe bereitgestellt In the preferred embodiment with 6 double bevel gears, the torque is transmitted at a total of 24 positions. In this way, a very robust, yet small-sized transmission is provided
Die aktive Versteileinrichtung 40 kann durch einen Bowdenzug betätigt oder aber elektrisch über einen Servo beeinflusst werden. The active adjusting device 40 can be actuated by a Bowden cable or electrically influenced by a servo.
Anhand der Fig. 19 und Fig. 20 werden weitere, abgewandelte Ausführungsformen kurz vorgestellt. Der grundsätzliche Aufbau gleich dem des vorbeschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Es sind jedoch Zusatzaggregate wie integrierte Elektromotoren bzw. Generatoren in das erfindungsgemäße Getriebe integriert. Further, modified embodiments will be briefly presented with reference to FIGS. 19 and 20. The basic structure is the same as that of the above-described first embodiment. However, additional units such as integrated electric motors or generators are integrated into the transmission according to the invention.
Fig. 19 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem das erfindungsgemäße Fahrradgetriebe 10 um einen außenlaufenden Elektromotor 58 ergänzt wurde. Um diesen Elektromotor integrieren zu können, wurde die Radnabe 17 in ihrem Durchmesser vergrößert, so dass zwischen dem Getriebegehäuse 41 und der Radnabe 17 ein Raum zur Anordnung von Rotor und Stator geschaffen wurde.
Der Stator des außenlaufenden Elektromotors 58 ist mit der Bezugsziffer 59 versehen und wird auch als erster Stator 59 bezeichnet. Er ist auf dem feststehenden Getriebegehäuse 41 gehalten. Der Rotor 60 hingegen, auch als erster Rotor 60 bezeichnet, ist innenumfänglich an der Radnabe 17 gehalten und versetzt diese bei Nutzung des Elektromotors 58 entsprechend in Rotation. FIG. 19 shows a second exemplary embodiment of the invention, in which the bicycle transmission 10 according to the invention has been supplemented by an external electric motor 58. In order to integrate this electric motor, the wheel hub 17 has been increased in diameter, so that between the gear housing 41 and the hub 17, a space for the arrangement of rotor and stator was created. The stator of the outboard electric motor 58 is designated by the reference numeral 59 and is also referred to as the first stator 59. It is held on the stationary gear housing 41. The rotor 60, however, also referred to as the first rotor 60, is held on the inner circumference of the wheel hub 17 and puts them in use of the electric motor 58 in accordance with rotation.
Der außenlaufende Elektromotor 58 wirkt direkt und unmittelbar auf das Hinterrad des Fahrrades. Er umgeht somit sämtliche innerhalb des Getriebegehäuses 41 angeordneten Getriebekomponenten. The externally running electric motor 58 acts directly and directly on the rear wheel of the bicycle. He thus bypasses all disposed within the transmission housing 41 transmission components.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 20 gezeigt. Dort ist durch eine leichte Veränderung des Getriebegehäuses 41 Platz für einen innenlaufenden Elektromotor 61 geschaffen worden. Der Stator 62, auch als zweiter Stator 62 bezeichnet, ist an der Innenumfangsfläche des Getriebegehäuses 41 fest angeordnet. Der Rotor des innenlaufenden Elektromotors 61 trägt das Bezugszeichen 63 und wird auch als zweiter Rotor 63 bezeichnet. Er ist über eine Rotorstütze 64 zumindest mittelbar auf der Tragachse 1 1 rotationsbeweglich gelagert. In Fig. 20 ist die Rotorstütze 64, welche den zweiten Rotor 63 trägt, drehfest mit dem Innenrad 22 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 verbunden, im Kraftfluss also zwischen dem Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 und dem Reibrad- Umlaufgetriebe 25 angeordnet. Der Stator 62 gibt seine Wärme an das luftgekühlte Getriebegehäuse 41 ab, wohingegen der Rotor 63 seine Wärme an ein im Gehäuse 41 befindliches Öl abgibt. Dieses Öl erfährt seine Kühlung wiederum durch den das Gehäuse 41 umgebenden Luftstrom. Am Innenrad 22 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 wird die Leistung des Kurbelantriebes und des innenlaufenden Elektromotors 61 zusammengeführt. Das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 bildet so ein Summiergetriebe.
ln jedem Fall wirkt bei dieser dritten Ausführungsform der Elektromotor 61 über das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 mittelbar auf die Radnabe 17, so dass ein kleinbauender, schnelldrehender Elektromotor 61 mit geringem Drehmoment eingesetzt werden kann, dessen Antriebsenergie durch das Getriebe 10 in für den Vortrieb des Fahrrades geeigneter Weise umgewandelt wird. A third embodiment of the invention is shown in FIG. There 41 space for an internal electric motor 61 has been created by a slight change of the gear housing. The stator 62, also referred to as the second stator 62, is fixedly arranged on the inner peripheral surface of the transmission case 41. The rotor of the internal electric motor 61 carries the reference numeral 63 and is also referred to as the second rotor 63. It is mounted on a rotor support 64 at least indirectly on the support shaft 1 1 rotatably movable. In Fig. 20, the rotor support 64, which carries the second rotor 63, rotatably connected to the internal gear 22 of the epicyclic gear 19, in the power flow between the epicyclic epicyclic gear 19 and the friction wheel epicyclic gear 25 is arranged. The stator 62 discharges its heat to the air-cooled transmission case 41, whereas the rotor 63 discharges its heat to an oil contained in the case 41. This oil undergoes its cooling, in turn, by the air flow surrounding the housing 41. At the inner wheel 22 of the epicyclic gear 19, the power of the crank drive and the internal electric motor 61 is brought together. The epicyclic gear 19 thus forms a summing gear. In any case, in this third embodiment, the electric motor 61 indirectly acts on the wheel hub 17 via the friction gear 25, so that a small-sized, fast-rotating, low-torque electric motor 61 can be used whose driving power through the transmission 10 for driving the bicycle is suitably converted.
Das dritte Ausführungsbeispiel der Fig. 20 zeigt darüber hinaus exemplarisch, dass das Getriebegehäuse 41 eine Motorsteuerung trägt. Diese ist mit der Bezugsziffer 65 versehen und auf Rippen des Getriebegehäuses 41 angeordnet. Hierdurch kann die vorbeschriebene, effektive Kühlung aufrechterhalten werden, da der Luftstrom auch zwischen dem Gehäuse der Motorsteuerung 65 und dem Getriebegehäuse 41 aufrechterhalten bleibt. The third embodiment of FIG. 20 also shows, by way of example, that the transmission housing 41 carries a motor control. This is provided with the reference numeral 65 and arranged on ribs of the transmission housing 41. As a result, the above-described, effective cooling can be maintained, since the air flow between the housing of the engine control unit 65 and the transmission housing 41 is maintained.
Darüber hinaus ist in diesem Ausführungsbeispiel der Freilauf 66 dargestellt. Dieser ist zwischen dem zweiten Planetenträger 35 des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 und der Abtriebshülse 39 angeordnet, so dass der Planetenträger 35 und die Abtriebshülse 39 zur Realisierung des Vortriebs miteinander drehfest gekoppelt sind. Es wird somit die über das Ritzel 14 in das Getriebe 10 eingebrachte Antriebsenergie durch den Freilauf 66 auf die Radnabe 17 übertragen. Der gegensinnige Kraftfluss von der Radnabe 17 über das Getriebe und das Ritzel 14 zum Kurbelantrieb des Fahrrades bei Vorwärtsfahrt desselben wird durch den Freilauf 66 jedoch unterbrochen. Bei Verwendung einer Rücktrittsbremse 46 ist auch diese durch einen Freilauf 75 vom Ritzel 14 zu entkoppeln. In addition, the freewheel 66 is shown in this embodiment. This is arranged between the second planetary carrier 35 of the friction-wheel epicyclic gear 25 and the output sleeve 39, so that the planet carrier 35 and the output sleeve 39 are rotatably coupled together to realize the propulsion. Thus, the drive energy introduced via the pinion 14 into the transmission 10 is transmitted through the freewheel 66 to the wheel hub 17. The opposite power flow from the hub 17 through the gear and the pinion 14 to the crank drive of the bicycle while driving forward is interrupted by the freewheel 66, however. When using a coaster brake 46 and this is to be decoupled by a freewheel 75 from the pinion 14.
Letztlich ist bei jeder der Ausführungsformen ohne weiteres der Einsatz dieses Freilaufes 66 denkbar und gewünscht. Darüber hinaus ist es ohne weiteres möglich, einen Generator 68 am Getriebegehäuse anzuordnen, der beispielsweise die für Beleuchtungszwecke notwendige Energie liefert. Dessen Stator 69 ist wiederum am Getriebegehäuse 41 angeordnet, der
Rotor 70 an einem geeigneten, rotationsbeweglichen Bauteil, beispielsweise an der Abtriebshülse 39 oder der Radnabe 17 (siehe Fig. 20). Im vorliegenden Beispiel ist der Generator 68 außen liegend angeordnet. Eine Anordnung innerhalb des Getriebegehäuses 41 ist ebenso denkbar. Ultimately, the use of this freewheel 66 is conceivable and desired in each of the embodiments without further notice. Moreover, it is readily possible to arrange a generator 68 on the gear housing, which supplies, for example, the necessary energy for lighting purposes. Whose stator 69 is in turn arranged on the transmission housing 41, the Rotor 70 on a suitable rotatable component, for example on the output sleeve 39 or the hub 17 (see Fig. 20). In the present example, the generator 68 is arranged on the outside. An arrangement within the transmission housing 41 is also conceivable.
Es besteht die Möglichkeit, einen oder mehrere Drehmomentsensoren im Getriebegehäuse 41 anzuordnen, um Hilfsmotoren 58 und 61 gemäß vorstehender Beschreibung oder Mittel motoren am Kurbelantrieb zu steuern. Im Ausführungsbeispiel wird das Hohlrad 23 über eine geeignete Messeinrichtung mit dem Getriebegehäuse 41 gekoppelt, beispielsweise über eine Messscheibe 71 . Diese erfährt unter Last eine minimale, messbare Torsion, aus welcher sich das Drehmoment ableiten lässt. Hier misst der Sensor folglich das über das Ritzel 14 auf das Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 eingehende Drehmoment. Vorteil bei dieser Anordnung ist, dass das Drehmoment unkompliziert am stehenden Hohlrad 19 erfassbar ist. Ferner lässt sich ein Drehzahlsensor 72 in die Getriebeanordnung integrieren. Insgesamt bietet die Nutzung des Reibrad-Umlaufgetriebs 25 an sich als Hauptgetriebe des Fahrrades nicht nur die Möglichkeit, ein besonderes kompaktes, stufenlos verstellbares Fahrradgetriebe bereitzustellen. Es ermöglicht darüber hinaus auf vorteilhafte Weise die Möglichkeit, durch das vorgeschaltete und somit als Vorgetriebe dienende Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 mit fester Übersetzung das Eingangsdrehmoment wesentlich zu reduzieren. It is possible to arrange one or more torque sensors in the gear housing 41 to control auxiliary motors 58 and 61 according to the above description or center motors on the crank drive. In the exemplary embodiment, the ring gear 23 is coupled to the transmission housing 41 via a suitable measuring device, for example via a measuring disk 71. This undergoes a minimal, measurable torsion under load, from which the torque can be derived. Here, the sensor thus measures the incoming via the pinion gear 14 to the epicyclic gear 19 torque. The advantage of this arrangement is that the torque can be detected uncomplicated on the stationary ring gear 19. Furthermore, a speed sensor 72 can be integrated into the transmission arrangement. Overall, the use of the friction-wheel epicyclic gearbox 25 as the main transmission of the bicycle not only offers the possibility of providing a special, compact, continuously variable bicycle transmission. It also advantageously makes it possible to substantially reduce the input torque by means of the upstream epicyclic epicyclic gearing 19 with fixed transmission, which is thus used as a forward gearing.
Die Innensonne 29 des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 muss sich nach der Montage des Getriebes 10 einmalig zur Außensonne 26 axial ausrichten können. Um dies zu ermöglichen, ist eine gleichsinnige Axialverschieblichkeit beider Innenlaufringe 30 und des gekoppelten Innenrades 22 erforderlich. Da die Innensonne 29 im ersten
Ausführungsbeispiel auf dem Hülsenabschnitt 24 des Innenrades 22 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 axial fest gelagert ist, ist der Hülsenabschnitt 24 selbst axial gleitend auf der Antriebshülse 13 angeordnet. Im Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 ist die Axialverschieblichkeit zwischen dem Innenrad 22 und den Planeten 21 systemimmanent, weshalb das Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 hier bevorzugt als Vorgetriebe bzw. dritte Übersetzung gewählt ist. The inner sun 29 of the friction-wheel epicyclic gearbox 25 must be able to align axially once after the assembly of the transmission 10 to the outer sun 26. To make this possible, a same axial displacement of both inner race 30 and the coupled inner wheel 22 is required. Since the inner sun 29 in the first Embodiment on the sleeve portion 24 of the inner wheel 22 of the epicyclic gear 19 is axially fixed, the sleeve portion 24 itself is arranged axially slidably on the drive sleeve 13. In the epicyclic gear 19, the Axialverschieblichkeit between the inner wheel 22 and the planet 21 is inherent in the system, which is why the gear epicyclic gear 19 is preferably chosen here as a forward gear or third gear.
In Fig. 20 ist mit Bezugsziffer 74 die Bremsscheibe einer Scheibenbremsanlage gezeigt, die alternativ oder ergänzend zur Rücktrittsbremse 46 eingesetzt werden kann. In Fig. 20 reference numeral 74, the brake disc of a disc brake system is shown, which can be used as an alternative or in addition to the coaster brake 46.
Das schmalbauende Reibrad-Umlaufgetriebe 25 mit seinem konstruktiv bedingten feststehenden Getriebegehäuse 41 ermöglicht es darüber hinaus, eine ganze Reihe zusätzlicher Antriebskomponenten, wie Elektromotor 58, 61 , Generator, eine eventuelle Motorsteuerung 65, den Freilauf 66 sowie eine Rücktrittsbremse 46 zu integrieren. The narrow-construction friction gear epicyclic gear 25 with its structurally related stationary gear housing 41 also makes it possible to integrate a whole series of additional drive components, such as electric motor 58, 61, generator, a possible motor control 65, the freewheel 66 and a coaster brake 46.
Da diese Antriebseinheit, im Kraftfluss beginnend beim Ritzel 14 bis hin zur im Kraftfluss hinten liegenden Abtriebshülse 39 von der Radnabe 17 entkoppelbar ist, lässt sich gegenüber Getrieben mit rotierendem Getriebegehäuse eine Wartung oder ein Getriebetausch ohne das Entfernen der Radspeichen des Fahrrades besonders einfach realisieren. Das erfindungsgemäße Fahrradgetriebe bildet somit eine hoch integrierte Antriebseinheit bzw. Antriebsanordnung, die inklusive der Radnabe 17 als Gesamtbaueinheit innerhalb der vorgegebenen Standard-Einbaubreite von 135 mm zwischen den hinteren Aufnahmestützen eines Fahrradrahmens montierbar ist. Lediglich die zur Festlegung des erfindungsgemäßen Getriebes 10 bzw. der durch das Getriebe 10 gebildeten Antriebseinheit notwendige Tragachse 1 1 weist eine die Einbaubreite überschreitende Länge auf, die eine Festlegung am
Fahrradrahmen ermöglicht. Diese hoch integrierte Baueinheit in jeder der dargestellten Ausführungsformen ist ohne weiteres an jedem Fahrrad nachrüstbar.
Since this drive unit can be decoupled from the wheel hub 17 in the power flow beginning at the pinion 14 as far as the output sleeve 39 located in the power flow, it is particularly easy to realize maintenance or a gear exchange without removing the wheel spokes of the bicycle compared to transmissions with a rotating gearbox. The bicycle transmission according to the invention thus forms a highly integrated drive unit or drive assembly, which is mountable including the hub 17 as a total assembly within the default standard installation width of 135 mm between the rear receiving supports a bicycle frame. Only necessary for determining the transmission 10 according to the invention or the drive unit formed by the drive unit 10 supporting axle 1 1 has a width exceeding the installation length, which is a down to the Bicycle frame allows. This highly integrated assembly in each of the illustrated embodiments is readily retrofittable to any bicycle.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Fahrradgetriebe 10 bicycle transmissions
1 1 starre Achse 1 1 rigid axis
12 erstes Lager 12 first camp
13 Hülse 13 sleeve
14 Ritzel 14 pinions
15 Ring 15 ring
17 Radnabe 17 wheel hub
18 zweites Lager 18 second camp
19 Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 geared epicyclic gear
20 Planetenträger von 19 20 planet carrier of 19
21 Planetenrad, Zahnrad von 1921 planet gear, gear of 19
22 Innenrad von 19 22 inner wheel of 19
23 Hohlrad von 19 23 ring gear of 19
24 Hülsenabschnitt von 22 / Koppelglied 24 sleeve section of 22 / coupling link
25 Reibrad-Umlaufgetriebe 25 friction-wheel epicyclic gearbox
26 Außensonne 26 outside sun
27 Außenlaufring 27 outer race
28 erster Spalt 28 first gap
29 Innensonne 29 indoor sun
30 Innenlaufring 30 inner race
31 zweiter Spalt 31 second gap
32 Drehmomentkupplung 32 torque coupling
33 Koppelring 33 coupling ring
34 Doppel kegelrad 34 double bevel gear
35 zweiter Planetenträger von 25 36 Schwinge 35 second planet carrier of 25 36 swingarm
38 Planetenträgerring
39 Abtriebshülse 38 Planet carrier ring 39 output sleeve
40 Versteileinrichtung von 25 40 adjusting device of 25
41 Getriebegehäuse 41 gearbox housing
42 Drehmomentstütze 42 torque arm
43 drittes Lager 43 third camp
44 viertes Lager 44 fourth camp
45 fünftes Lager 45 fifth camp
46 Rückthttsbremse 46 return brake
47 Rollen 47 rolls
48 Bremsbacken 48 brake shoes
49 Bremsmomentbrücke 49 brake torque bridge
50 Bremsmomentstütze50 brake torque arm
51 Kühlrippen von 39 51 cooling fins of 39
52 Luftzuführöffnung von 17 52 air supply opening of 17
53 Luftschaufeln 53 air blades
54 Luftleitrippen 54 air guide ribs
55 Kreuz / Speichenträger 55 cross / spoke carrier
56 Achse von 34 56 axis of 34
57 Bolzen von 38 57 bolts of 38
58 Elektromotor (Außenläufer) 58 electric motor (external rotor)
59 erster Stator 59 first stator
60 erster Rotor 60 first rotor
61 Elektromotor (Innenläufer) 61 electric motor (inner rotor)
62 zweiter Stator 62 second stator
63 zweiter Rotor 63 second rotor
64 Rotorstütze 64 rotor support
65 Motorsteuerung 65 engine control
66 Freilauf 66 freewheel
67 Tellerfeder 67 plate spring
68 Generator 68 generator
69 Stator von 68 69 Stator of 68
70 Rotor von 68
71 Messscheibe von Drehmonnentsensor70 rotor of 68 71 Measuring disk of torque sensor
72 Drehzahlsensor 72 speed sensor
73 Spreizteil 73 expansion part
74 Bremsscheibe
74 brake disc
Die vorhergehende Beschreiung offenbart im Zusammenspiel mit den Figuren 1 1 bis 20 im Wesentlichen Folgendes: The preceding description, in conjunction with FIGS. 11 to 20, essentially discloses the following:
1 . Antriebsanordnung für ein Fahrrad, 1 . Drive arrangement for a bicycle,
- mit einem Kurbelantrieb, der eine Antriebskraft von einem kurbelantriebsnahen Kettenblatt auf ein hinterradnahes Ritzel (14) mittels eines endlos umlaufenden Zugmittels, wie Kette oder Zahnriemen, überträgt und ein Hinterrad des Fahrrades zur Fortbewegung in Rotation versetzt, with a crank drive, which transmits a driving force from a chain drive close to the crank drive to a pinion (14) of the rear wheel by means of an endlessly circulating traction means, such as chain or toothed belt, and causes a rear wheel of the bicycle to move in rotation,
- mit einer ersten Übersetzung zwischen dem Kettenblatt und dem Ritzel (14), welche ausschließlich ein Übersetzungsverhältnis von i < 1 aufweist und - With a first translation between the chainring and the pinion (14), which has exclusively a gear ratio of i <1 and
mit einem insbesondere stufenlos schaltbaren Hauptgetriebe (25), welches am Hinterrad angeordnet ist und eine Übersetzung der vom Ritzel (14) aus auf das Hinterrad wirkenden Antriebskraft ermöglicht, with a particularly continuously variable main gearbox (25), which is arranged on the rear wheel and allows a translation of the pinion (14) from acting on the rear wheel driving force,
mit einer zweiten Übersetzung, welche ausschließlich durch das Hauptgetriebe (25) realisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, ausschließlich durch das Hauptgetriebe (25) realisierte Übersetzung ausschließlich Übersetzungsverhältnisse von i > 1 realisiert. with a second translation, which is realized exclusively by the main gear (25), characterized in that the second, exclusively by the main gear (25) realized translation exclusively gear ratios of i> 1 realized.
2. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten und der zweiten Übersetzung eine dritte2. Drive arrangement according to claim 2, characterized in that between the first and the second translation, a third
Übersetzung angeordnet ist, deren Übersetzungsverhältnis ausschließlich i < 1 ist. Translation is arranged, whose gear ratio is exclusively i <1.
3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, die innerhalb des Hauptgetriebes (25) realisierbare kleinste Übersetzung durch insbesondere stufenlose Schaltvorgänge um das Vierfache gesteigert werden kann.
4. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptgetriebe (25) ein stufenlos schaltbares Reibrad- Umlaufgetriebe (25) ist. 3. Drive arrangement according to claim 2, characterized in that within the main transmission (25) feasible smallest translation can be increased by four times in particular stepless switching operations. 4. Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the main gear (25) is a continuously variable friction gear epicyclic gear (25).
5. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Übersetzung von einem Zahnrad-Umlaufgetriebe (19) mit fester Übersetzung realisiert wird. 6. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelantrieb einen unterstützenden, auf die zentrale Antriebsachse wirkenden Motor aufweist. 5. Drive arrangement according to claim 2, characterized in that the third translation of a gear epicyclic gear (19) is realized with fixed translation. 6. Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the crank drive has a supporting, acting on the central drive axle motor.
7. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung einen den Kurbelantrieb unterstützenden, ausschließlich auf das Hauptgetriebe wirkenden Motor (61 ) aufweist. 7. Drive arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the drive arrangement has a crank drive supporting, acting exclusively on the main gear motor (61).
8. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung einen den Kurbelantrieb unterstützenden, unter Umgehung der Getriebe auf das Hinterrad eines Fahrrades wirkenden Motor (58) aufweist.
8. Drive arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the drive arrangement has a crank drive supporting, bypassing the transmission acting on the rear wheel of a bicycle engine (58).
Zusamnnenfassung Zusamnnenfassung
Beschrieben und dargestellt wird eine Antriebsanordnung für ein Fahrrad, mit einem Kurbelantrieb, der eine Antriebskraft von einem kurbelantriebsnahen Kettenblatt auf ein hinterradnahes Ritzel mittels eines endlos umlaufenden Zugmittels, wie Kette oder Zahnriemen, überträgt ein Hinterrad des Fahrrades zur Fortbewegung in Rotation versetzt, mit einer ersten Übersetzung zwischen dem Kettenblatt und dem Ritzel, welche ausschließlich ein Übersetzungsverhältnis von i < 1 aufweist und mit einem insbesondere stufenlos schaltbaren Hauptgetriebe, welches am Hinterrad angeordnet ist und eine Übersetzung der vom Ritzel aus auf das Hinterrad wirkenden Antriebskraft ermöglicht, mit einer zweiten Übersetzung, welche ausschließlich durch das Hauptgetriebe realisiert wird, wobei die zweite, ausschließlich durch das Hauptgetriebe realisierte Übersetzung ausschließlich Übersetzungsverhältnisse von i > 1 realisiert.
Described and illustrated is a drive assembly for a bicycle, with a crank drive, which transmits a driving force from a crank-driven chainring to a rear wheel near pinion by means of an endless circulating traction means, such as chain or toothed belt, transmits a rear wheel of the bicycle for travel in rotation, with a first Translation between the chainring and the pinion, which has exclusively a gear ratio of i <1 and with a particular continuously variable main gear, which is arranged on the rear wheel and a translation of the pinion from acting on the rear wheel driving force allows, with a second translation, which is realized exclusively by the main gear, the second, realized exclusively by the main gear ratio exclusively gear ratios of i> 1 realized.
Dritter Komplex: Antriebsanordnung für das Hinterrad eines Fahrrades Third complex: drive arrangement for the rear wheel of a bicycle
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für das Hinterrad eines Fahrrades, The invention relates to a drive arrangement for the rear wheel of a bicycle,
- mit einer feststehenden Tragachse, with a fixed axle,
mit einer auf der Tragachse rotationsbeweglich gelagerten Antriebshülse, with a drive sleeve rotatably mounted on the support shaft,
mit einem drehfest auf der Antriebshülse angeordneten Ritzel, mittels dessen eine das Hinterrad antreibende Eingangsrotationsbewegung in die Antriebsanordnung eingebracht wird, mit einem von der Tragachse gehaltenen, verstellbaren Hauptgetriebe, welches die vom Ritzel in die Antriebsanordnung eingebrachte Rotationsbewegung übersetzt, with a rotatably mounted on the drive sleeve pinion, by means of which a rear wheel driving input rotational movement is introduced into the drive assembly, with an axis held by the support shaft, adjustable main gear which translates the rotational movement introduced by the pinion in the drive assembly,
mit einem Getriebegehäuse, welches von der Tragachse gehalten ist und das Hauptgetriebe umgibt. with a gear housing, which is held by the support shaft and surrounds the main transmission.
Aus dem alltäglichen Gebrauch sind Antriebsanordnungen für Fahrräder bekannt, die Getriebe beinhalten. Dies Getriebe lassen sich gestuft schalten. Es existiert zunächst die sogenannte Nabenschaltung, bei welcher die Getriebebauteile in der Radnabe des Hinterrades eines Fahrrades angeordnet sind. Daneben existiert die sogenannte Kettenschaltung, bei welcher am Hinterrad mehrere Zahnräder - die sogenannten Ritzel - mit unterschiedlicher Zahnanzahl und unterschiedlichem Außenumfang angeordnet sind. Über eine Mechanik lässt sich die Kette je nach gewünschtem Übersetzungsverhältnis über eines der Ritzel führen. From everyday use drive assemblies for bicycles are known, which include gear. This transmission can be stepped. First, there is the so-called hub gear, in which the transmission components are arranged in the wheel hub of the rear wheel of a bicycle. In addition, there is the so-called derailleur, in which the rear wheel several gears - the so-called pinion - are arranged with different numbers of teeth and different outer circumference. Using a mechanism, the chain can be guided over one of the pinions, depending on the desired gear ratio.
Mit dem Aufkommen von Fahrrädern mit insbesondere elektrischem Hilfsantrieb, den sogenannten Pedelecs, haben stufenlos schaltbare Fahrradgetriebe an Bedeutung gewonnen. Ein solches Fahrradgetriebe ist beispielsweise in DE 10 2012 022 953 A1 offenbart. Auf einer starren Achse ist ein Ritzel angeordnet, über welches die Vortriebskraft in das
Getriebe eingeleitet wird. Über ein innerhalb eines Getriebegehäuses angeordnetes Doppelkegel-Ring-Getriebe und ein diesem Reibgetriebe nachgeordnetes Zahnrad-Planetengetriebe wird das als Radnabe dienende Getriebegehäuse in Rotation versetzt. With the emergence of bicycles with especially electric auxiliary drive, the so-called pedelecs, continuously variable bicycle transmissions have gained in importance. Such a bicycle transmission is disclosed for example in DE 10 2012 022 953 A1. On a rigid axle, a pinion is arranged, via which the driving force in the Transmission is initiated. About a disposed within a transmission housing double-cone ring gear and a friction gear downstream gear planetary gear serving as a hub transmission housing is rotated.
Bei Fahrrädern im Allgemeinen, auch bei der Unterkategorie der Pedelecs, ist der Bauraum für Getriebe und Hilfsmotoren naturgemäß eingeschränkt. Das Fahrrad soll ein möglichst geringes Eigengewicht haben, da die Benutzer die Fahrräder regelmäßig anheben müssen, beispielsweise bei der Anreise mit dem PKW zum Ausgangspunkt einer Radfahrstrecke. Deshalb müssen Getriebe wie auch Hilfsmotoren nach Möglichkeit ein geringes Eigengewicht aufweisen. For bicycles in general, even in the subcategory of pedelecs, the space for transmission and auxiliary motors is naturally limited. The bike should have the lowest possible weight, as the user must raise the bike regularly, for example, when traveling by car to the starting point of a cycling route. Therefore, gearboxes as well as auxiliary motors must, if possible, have a low dead weight.
Dem stehen die physikalischen Anforderungen jedoch entgegen. Die auf das Getriebe wirkende Drehzahl ist vergleichsweise gering, da die Bewegungsgeschwindigkeit der menschlichen Beine limitiert ist. Daraus folgt zwangsläufig eine vergleichsweise hohe Drehmomentbelastung der Komponenten, insbesondere dann, wenn das Nutzergewicht für den Antrieb des Fahrrads mitgenutzt wird, wie es beispielsweise beim sogenannten Wiegetritt der Fall ist. Ein durchschnittlicher Radfahrer erzeugt Drehmomente von etwa 50 Nm, beim Wiegetritt können Drehmomente von 180 Nm auftreten, im Leistungssport sind noch höhere Drehmomente möglich. Um solchen Drehmomenten standzuhalten, müssen entsprechend stabile Komponenten im Getriebe verbaut werden, was den Anforderungen an Bauraum- und Gewichtsersparnis entgegengesetzt ist. However, this is opposed by the physical requirements. The speed acting on the transmission is comparatively low, since the speed of movement of the human legs is limited. This inevitably results in a comparatively high torque load of the components, in particular if the user weight is shared for the drive of the bicycle, as is the case, for example, in the so-called weighing step. An average cyclist generates torques of about 50 Nm, during the stepping, torques of 180 Nm can occur, in competitive sports even higher torques are possible. To withstand such torques, correspondingly stable components must be installed in the transmission, which is contrary to the requirements for space and weight savings.
Vergleichbar widerstreitende Anforderungen werden an den Hilfsmotor gestellt. Je nach Anordnung als Nabenmotor oder Mittelmotor - der Mittelmotor wirkt auf Rotationsachse des Kurbelantriebs - müssen insbesondere zur Anfahrunterstützung wie auch zur Unterstützung bei Gegenwind und Bergauffahrt hohe Drehmomente bei vergleichsweise
geringer Motordrehzahl bereitgestellt werden, was eine Mindestmotorgröße erfordert. Unter der Prämisse einer Gewichts- und Bauraumoptimierung wären jedoch kleine Motoren wünschenswert, die mit einem geringen Drehmoment, jedoch hoher Drehzahl den Vortrieb des Fahrrades unterstützen. Comparable conflicting requirements are placed on the auxiliary engine. Depending on the arrangement as a hub motor or mid-engine - the center motor acts on the axis of rotation of the crank drive - high torque for comparatively, in particular for starting assistance as well as to support in headwind and mountain driving be provided low engine speed, which requires a minimum motor size. However, under the premise of weight and space optimization, small motors would be desirable that support the propulsion of the bicycle with low torque but high speed.
Zusatzaggregate, wie Nabendynamo (Generator), Rücktrittsbremse und Motorsteuerung müssen ebenfalls ihren Platz finden. Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Antriebsanordnung mit stufenlosem Fahrradgetriebe bereitzustellen, welche bei einfachem Aufbau den Drehmomenten standhält und innerhalb eines gegebenen Bauraumes - vorzugsweise innerhalb der Standardeinbaubreite am Hinterrad von 135 mm - eine hohe Bauteilintegration gewährleistet. Additional units, such as hub dynamo (generator), coaster brake and engine control must also find their place. The object of the invention is to provide a novel drive assembly with a continuously variable transmission, which withstand the torques with a simple structure and within a given space - preferably within the standard width of the rear wheel of 135 mm - ensures a high component integration.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst von einer Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 . The object of the invention is achieved by a drive arrangement with the features of claim 1.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung hat mit dem rotationsfest am Rahmen angeordneten Getriebegehäuse hervorragende Voraussetzungen geschaffen, um innerhalb des Getriebegehäuses eine Reihe von Bauteilen in der Antriebsanordnung unterzubringen. So ist das feststehende Getriebegehäuse die Grundvoraussetzung für eine einfache Integration eines Generators, eines Elektromotors oder einer einfach aufgebauten Rücktrittbremse. Das in dem stufenlosen Getriebe vorgeordnete Vorgetriebe mit einer Übersetzung von i < 1 reduziert das ins Hauptgetriebe eingehende Drehmoment. Auf diese Weise kann das Hauptgetriebe klein gehalten werden, so dass innerhalb des Getriebegehäuses der für die Integration von weiteren Komponenten erforderliche Bauraum zur Verfügung steht. Bei einer außerordentlich bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Hauptgetriebe ein
Reibrad-Umlaufgetriebe genutzt, welchem ein Zahnrad-Umlaufgetriebe mit fester Übersetzung vorgeordnet ist. The drive assembly according to the invention has created excellent conditions with the rotationally fixed to the frame arranged gear housing to accommodate a number of components in the drive assembly within the gear housing. Thus, the fixed gear housing is the basic requirement for easy integration of a generator, an electric motor or a simple back-pedal brake. The upstream in the continuously variable transmission pre-transmission with a ratio of i <1 reduces the incoming torque to the main gearbox. In this way, the main gear can be kept small, so that within the gear housing required for the integration of other components space is available. In an extremely preferred embodiment of the invention is a main transmission Friction wheel epicyclic used, which is preceded by a gear epicyclic gear with fixed translation.
Deshalb kennzeichnet sich die Erfindung weiterhin dadurch, dass dem Vorgetriebe das regelbare Hauptgetriebe im Kraftfluss nachgeschaltet ist und dass das Hauptgetriebe im Getriebegehäuse angeordnet ist. Therefore, the invention further characterized by the fact that the pre-gearbox, the main variable transmission is downstream in the power flow and that the main transmission is arranged in the transmission housing.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung lässt sich besonders kompakt gestalten, wenn dem Hauptgetriebe im Kraftfluss eine Abtriebshülse nachgeordnet ist und wenn die Abtriebshülse zumindest mittelbar von der Tragachse gehalten ist, wobei innerhalb eines Aufnahmeraumes der Abtriebshülse eine Rücktrittsbremse angeordnet ist. The drive arrangement according to the invention can be made particularly compact when the main gear in the power flow downstream of a drive sleeve and when the output sleeve is at least indirectly held by the support shaft, wherein within a receiving space of the output sleeve a coaster brake is arranged.
Die Wartung des Getriebes wird erheblich vereinfacht, wenn die Abtriebshülse lösbar mit einer Radnabe gekoppelt ist. Im Gegensatz zu Getrieben mit rotativ gelagertem Getriebegehäuse, welches als Radnabe und Speichenträger für das Antriebsrad des Fahrrades dient, ist eine Entkopplung der Speichen vom Getriebegehäuse zu dessen Öffnung und Wartung oder beim Getriebetausch bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung nicht erforderlich. The maintenance of the transmission is considerably simplified if the output sleeve is detachably coupled to a wheel hub. In contrast to transmissions with rotationally mounted gear housing, which serves as a hub and spoke carrier for the drive wheel of the bicycle, a decoupling of the spokes from the gear housing to its opening and maintenance or the gear change in the drive assembly according to the invention is not required.
Eine erste Variante, einen Elektromotor zu integrieren, kennzeichnet sich dadurch, dass die Antriebsanordnung einen Elektromotor umfasst, dessen Stator außen an dem Getriebegehäuse angeordnet ist und dessen Rotor an einem das Getriebegehäuse umgebenden Teil der Radnabe befestigt ist. A first variant of integrating an electric motor is characterized in that the drive arrangement comprises an electric motor whose stator is arranged on the outside of the transmission housing and whose rotor is fastened to a part of the wheel hub surrounding the transmission housing.
Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Antriebsanordnung einen Elektromotor umfasst, dessen Stator innenumfänglich im Getriebegehäuse angeordnet ist, dessen Rotor innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist, die Tragachse umgibt und zumindest mittelbar mit dem Eingang des Vorgetriebes oder des Hauptgetriebes gekoppelt ist.
Es ist weiterhin vorgesehen, dass am Getriebegehäuse ein Generator angeordnet ist, dessen Stator außenumfänglich vom Getriebegehäuse gehalten ist und dessen Rotor von der Nabe getragen ist. Auch ist es denkbar, den Generator innerhalb des Getriebegehäuses anzuordnen. Dabei ist der Stator innenumfänglich am Getriebegehäuse angeordnet, der Rotor beispielsweise mit der Antriebshülse gekoppelt. However, it is preferred if the drive arrangement comprises an electric motor whose stator is arranged inside circumference in the transmission housing, whose rotor is disposed within the transmission housing, surrounds the support shaft and is at least indirectly coupled to the input of the feed gear or the main transmission. It is further provided that a generator is arranged on the gear housing, the stator is circumferentially held by the gear housing and the rotor is supported by the hub. It is also conceivable to arrange the generator within the transmission housing. In this case, the stator is arranged on the inside of the transmission housing, the rotor coupled, for example with the drive sleeve.
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung kann vorsehen, dass die Steuerung für den Elektromotor außen am Getriebegehäuse angeordnet ist, wobei weiterhin vorgesehen ist, dass ein Freilauf innerhalb des Getriebegehäuses zwischen der Rücktrittsbremse und der Antriebshülse angeordnet ist. Schließlich ist vorgesehen, dass eine Versteileinrichtung für das Hauptgetriebe innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist, wobei es besonders bevorzugt ist, wenn die Antriebsanordnung in Ihrer Gesamtheit mit Ausnahme der Tragachse einer durch einen Fahrradrahmen definierten, längsaxial der Tragachse gemessenen Einbaubreite von maximal 135 Millimetern entspricht oder unterschreitet. The drive arrangement according to the invention can provide that the control for the electric motor is arranged on the outside of the transmission housing, wherein it is further provided that a freewheel is arranged within the transmission housing between the coaster brake and the drive sleeve. Finally, it is provided that an adjusting device for the main transmission is arranged within the gear housing, wherein it is particularly preferred if the drive assembly in its entirety except the support axis of a defined by a bicycle frame, longitudinal axis of the axle measured installation width of a maximum of 135 millimeters corresponds to or falls below ,
Ein zum Hauptgetriebe vergleichbares Getriebe ist in der DE 106 72 74 für industrielle Zwecke offenbart. Es ist - wie die Erfindung erkannt hat - als Ansatz zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe besonders gut geeignet, da das Getriebegehäuse rotationslos gehalten werden kann und deshalb als Träger für diverse Antriebskomponenten eines Fahrradhinterrades dienen kann. A transmission comparable to the main transmission is disclosed in DE 106 72 74 for industrial purposes. It is - as the invention has recognized - particularly well suited as an approach to the solution of the object according to the invention, since the gear housing can be held without rotation and therefore can serve as a carrier for various drive components of a bicycle rear wheel.
Das erfindungsgemäße Getriebe bietet in einer ersten Ausführungsform mit drei Planeten, deren Kegelflächen an jeweils den zwei Innenlaufringen und den zwei Außenlaufringen abrollen, 12 Übertragungsstellungen für das eingeleitete Drehmoment.
Je nach Auslegung lässt sich die Anzahl der Planeten erhöhen, wobei mit jedem zusätzlichen Planeten vier zusätzlich drehmomentübertragende Stellen hinzukommen. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform mit 6 Planeten, die als Doppelkegelräder ausgebildet sind, so dass dieses Getriebe an insgesamt 24 Stellen Drehmoment auf den Abtrieb übergibt. The transmission of the invention provides in a first embodiment with three planets whose conical surfaces roll on each of the two inner races and the two outer races, 12 transmission positions for the introduced torque. Depending on the design, the number of planets can be increased, with four additional torque-transmitting points added to each additional planet. Particularly preferred is an embodiment with 6 planets, which are designed as a double bevel gears, so that this gear transmits torque to the output at a total of 24 points.
Das feststehende Getriebegehäuse eignet sich hervorragend, um bei Verwendung nur weniger Zusatzbauteile das erfindungsgemäße Fahrradgetriebe um einen Elektromotor zu ergänzen. So sieht eine mögliche Ausführungsform der Erfindung vor, den Stator des Elektromotors außenumfänglich auf dem Getriebegehäuse anzuordnen, welches dann als Träger für den Stator dient. Eine das Getriebegehäuse in etwa glockenartig überfangende Radnabe trägt innenumfänglich den Rotor. Auf diese Weise lässt sich ein Elektromotor realisieren, der ohne Zwischenschaltung des erfindungsgemäßen Getriebes das Hinterrad direkt antreibt. The fixed gear housing is ideal to supplement when using only a few additional components, the bicycle transmission according to the invention by an electric motor. Thus, one possible embodiment of the invention provides for arranging the stator of the electric motor on the outside of the transmission housing, which then serves as a carrier for the stator. A gear hub approximately in a bell-like overlapping hub carries the inner circumference of the rotor. In this way, an electric motor can be realized, which drives the rear wheel directly without interposition of the transmission according to the invention.
Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform, bei welcher der Motor innerhalb des feststehenden Getriebegehäuses angeordnet ist. Hierzu trägt das feststehende Getriebegehäuse innenumfänglich den Stator, dem ein Rotor zugeordnet ist. Hierbei ist vorgesehen, den Rotor mit dem antriebsseitigen Getriebeeingang zu koppeln. Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, welche sich dadurch kennzeichnet, dass der Antriebsseite des Reibrad-Umlaufgetriebes ein Zahnrad-Umlaufgetriebe mit festem Übersetzungsverhältnis i deutlich kleiner 1 vorgeschaltet ist, welches ein zentrales Innenrad und ein das Innenrad umgebendes Hohlrad aufweist, zwischen denen Zahnräder als Planetenräder angeordnet sind.
Wenn dem Getriebe auf der Antriebsseite im Kraftfluss ein Zahnrad- Umlaufgetriebe der vorgenannten Art vorgeschaltet ist, lässt sich das Übersetzungsverhältnis i zwischen dem Kettenblatt des Kurbelantriebs des Fahrrades und dem Eingang des Reibrad-Umlaufgetriebes erheblich verringern. Die geringe Umdrehungsgeschwindigkeit des Kettenblatts mit seinen hohen Drehmomenten wird in eine sehr hohe Umdrehung bei niedrigen Drehmomenten gewandelt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Eingangsdrehmomente des Reibrad-Umlaufgetriebes möglichst gering sind. Deshalb können ohne Funktionseinschränkung weniger massive Bauteile zur Realisierung des Reibrad-Umlaufgetriebes genutzt werden. However, particularly preferred is an embodiment in which the engine is disposed within the fixed gear housing. For this purpose, the stationary gear housing bears inside the stator, which is associated with a rotor. Here it is provided to couple the rotor with the drive-side transmission input. Particularly preferred is an embodiment which is characterized in that the drive side of the friction wheel epicyclic a gear epicyclic gear with a fixed ratio i is significantly smaller upstream of 1, which has a central inner wheel and a ring gear surrounding the inner ring, between which arranged gears as planetary gears are. If the transmission on the drive side in the power flow upstream of a gear epicyclic gearbox of the aforementioned type, the transmission ratio i between the chainring of the crank drive of the bicycle and the input of the friction-wheel epicyclic gear can be significantly reduced. The low speed of rotation of the chainring with its high torque is converted into a very high rotation at low torques. In this way it is achieved that the input torques of the friction-wheel epicyclic gear are as small as possible. Therefore, less massive components can be used to realize the friction wheel epicyclic gear without function restriction.
Unabhängig davon, ob dem Reibrad-Umlaufgetriebe ein Zahnrad- Umlaufgetriebe vorgeschaltet ist, kann eine Rutschkupplung vorgesehen sein, die im Kraftfluss dem hinteren Ritzel nachgeschaltet ist und Drehmomentspitzen zum Schutz des Fahrradgetriebes abfängt. Regardless of whether the friction gear epicyclic a gear epicyclic gear is connected upstream, a slip clutch can be provided, which is followed in the power flow of the rear sprocket and intercepts torque peaks to protect the bicycle transmission.
Das Reibrad-Umlaufgetriebe selbst weist eine variable Übersetzung mit einem Übersetzungsverhältnis i > 1 über den gesamten Verstellbereich auf und wandelt so die hohen Eingangsdrehzahlen in adäquate Ausgangsdrehzahlen zum Antrieb des Hinterrades des Fahrrades. The friction-wheel epicyclic itself has a variable ratio with a gear ratio i> 1 over the entire adjustment range and thus converts the high input speeds into adequate output speeds to drive the rear wheel of the bicycle.
Es ist vorgesehen, dass der Abtriebsseite des Reibrad-Umlaufgetriebes ein Freilauf nachgeschaltet ist. Ferner ist vorgesehen, dass eine Rücktrittsbremse vorgesehen ist, die unter Umgehung des Reibrad-Umlaufgetriebes und des Zahnrad- Umlaufgetriebes auf das Hinterrad des Fahrrades wirkt. It is envisaged that the output side of the friction wheel epicyclic gear is followed by a freewheel. It is further provided that a coaster brake is provided, which acts bypassing the friction-wheel epicyclic gear and the epicyclic gear on the rear wheel of the bicycle.
Der wesentliche Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass das gewählte Übersetzungsverhältnis im Fahrradgetriebe keine Auswirkung auf die Bremswirkung hat, die in die Rücktrittbremse eingeleitete Kraft also unmittelbar und allenfalls konstant übersetzt antriebsverzögernd wirkt.
Bei einer konkreten Ausführungsform der voran schon erwähnten Integration eines Elektromotors ist vorgesehen, dass das Getriebegehäuse den Stator trägt und die Radnabe glockenförmig ausgebildet ist, den Rotor trägt und das Getriebegehäuse umgibt. The main advantage of this embodiment is that the selected gear ratio in the bicycle transmission has no effect on the braking effect, ie the force introduced into the coaster brake so immediate and possibly constant translates drive delay. In a specific embodiment of the previously mentioned integration of an electric motor is provided that the gear housing carries the stator and the hub is bell-shaped, carries the rotor and surrounds the gear housing.
Diese Ausführungsform hat den wesentlichen Vorteil, dass aufgrund des feststehenden Getriebegehäuses die Integration eines solchen Motors besonders einfach und mit der geringstmöglichen Anzahl von Bauteilen realisierbar ist. This embodiment has the significant advantage that due to the fixed gear housing, the integration of such a motor is particularly simple and with the least possible number of components feasible.
Alternativ zur Glockenform kann die den Rotor tragende Radnabe auch ein das Getriebegehäuse vollständig umgebendes Rotorgehäuse bilden, so dass die Kapselung des Motors gegen Fremdstoffe auf diese Weise realisiert wird. Auch wenn auf den ersten Blick die direkte und unmittelbare Wirkung des Motors auf das Hinterrad unter Umgehung des erfindungsgemäßen Fahrradgetriebes nachteilig erscheinen mag, da hier vergleichsweise hohe Drehmomente bei niedrigen Drehzahlen realisiert werden müssen, spielt dies in der Praxis allenfalls eine untergeordnete Rolle. Da der Stator und der Rotor das Getriebegehäuse außenumfänglich umgeben, wird eine Mindestgröße des Motors erzwungen, welche die erforderlichen Drehmomente ohne weiteres gewährleistet. As an alternative to the bell shape, the wheel hub carrying the rotor can also form a rotor housing which completely surrounds the gear housing, so that the encapsulation of the motor against foreign substances is realized in this way. Although at first glance, the direct and immediate effect of the engine on the rear wheel, bypassing the bicycle transmission according to the invention may seem disadvantageous, since comparatively high torques must be realized at low speeds, this plays in practice at most a minor role. Since the stator and the rotor surround the outer circumference of the gear housing, a minimum size of the motor is enforced, which ensures the required torques readily.
Die bereits eingangs vorgestellte, zweite Variante einer möglichen Motorintegration kennzeichnet sich in einer konkreten Ausführungsform dadurch, dass der Antriebsseite ein Elektromotor vorgeschaltet ist, dessen Stator vom Getriebegehäuse getragen und innerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist und der innerhalb des Getriebegehäuses angeordnete Rotor zumindest mittelbar auf die Innensonne des Reibrad-Umlaufgetriebes wirkt.
Da der Motor über das Reibrad-Umlaufgetriebe auf das Hinterrad des Fahrrades wirkt, lässt er sich mit wesentlichen höheren Drehzahlen und geringen Drehmomenten betreiben, so dass er kleinbauend innerhalb des Getriebegehäuses untergebracht werden kann. The already presented at the outset, the second variant of a possible engine integration is characterized in a specific embodiment in that the drive side is preceded by an electric motor, the stator is supported by the transmission housing and disposed within the transmission housing and disposed within the transmission housing rotor at least indirectly to the inner sun Friction wheel epicyclic gear acts. Since the engine acts on the rear wheel of the bicycle via the friction-wheel epicyclic gearbox, it can be operated at substantially higher speeds and with low torques, so that it can be accommodated in a compact manner inside the gearbox housing.
Es ist denkbar, dass der so zuvor beschriebene Elektromotor nicht unmittelbar auf die Innensonne des Reibrad-Umlaufgetriebes wirkt, sondern vermittels des in Kraftfluss dann vorgeschalteten Zahnrad- Umlaufgetriebes. It is conceivable that the electric motor described above does not act directly on the inner sun of the friction-wheel epicyclic gearbox, but rather by means of the gear-type epicyclic gearset which is then connected upstream in force flow.
Für eine kompakte Bauform des erfindungsgemäßen Fahrradgetriebes ist vorgesehen, dass das den Abtrieb des Zahnrad-Umlaufgetriebes bildende zentrale Innenrad mittels eines Koppelgliedes mit der Innensonne des Reibrad-Umlaufgetriebes gekoppelt ist. For a compact design of the bicycle transmission according to the invention it is provided that the output of the gear-epicyclic gear forming central inner wheel is coupled by means of a coupling member with the inner sun of the friction-wheel epicyclic gear.
Weitere Vorteile der Erfindung sowie ein besseres Verständnis derselben folgen aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Es zeigen: Fig. 21 : einen perspektivischen Dreiviertelschnitt einer ersten Further advantages of the invention and a better understanding of the same follow from the following description of exemplary embodiments. FIG. 21 shows a perspective three-quarter section of a first. FIG
Ausführungsform der Erfindung; Embodiment of the invention;
Fig. 22: einen Längsschnitt der Ausführungsform gemäß Fig. 21 ; Fig. 23: die Darstellung gemäß Fig. 22; FIG. 22 shows a longitudinal section of the embodiment according to FIG. 21; FIG. FIG. 23 shows the illustration according to FIG. 22; FIG.
Fig. 24: den Dreiviertelschnitt gemäß Fig . 21 quergeschnitten gemäß Schnittlinie A-A in Fig. 23; Fig. 25: den Dreiviertelschnitt gemäß Fig . 21 quergeschnitten gemäß Schnittlinie B-B in Fig. 23;
Fig. 26: den Dreiviertelschnitt gemäß Fig. 21 quergeschnitten entsprechend Schnittlinie C-C in Fig. 23; Fig. 24: the three-quarter section of FIG. 21 cross-sectioned along section line AA in Fig. 23; FIG. 25: the three-quarter section according to FIG. 21 cross-sectioned along section line BB in Fig. 23; FIG. 26: the three-quarter section according to FIG. 21, cross-cut according to section line CC in FIG. 23; FIG.
Fig. 27: den Dreiviertelschnitt gemäß Fig. 21 quergeschnitten gemäß Schnittlinie D-D in Fig. 23; FIG. 27 shows the three-quarter section according to FIG. 21 cross-sectionally along the section line D-D in FIG. 23; FIG.
Fig. 28: den Dreiviertelschnitt gemäß Fig. 21 quergeschnitten gemäß Schnittlinie E-E in Fig. 23; Fig. 29: eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit außen laufendem Elektromotor; FIG. 28: the three-quarter section according to FIG. 21 cross-sectioned according to section line E-E in FIG. 23; FIG. FIG. 29 shows a second embodiment of the invention with an external electric motor; FIG.
Fig. 30: eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit innen laufendem Elektromotor. Fig. 30: a third embodiment of the invention with an internal electric motor.
In den Figuren ist ein erfindungsgemäßes, stufenloses Fahrradgetriebe als Teil einer Antriebsanordnung insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen. In the figures, an inventive, continuously variable transmission is provided as part of a drive assembly with the reference numeral 10.
Das stufenlose Fahrradgetriebe 10 und die mit diesem gekoppelte Antriebsanordnung wird im Folgenden anhand der Figuren 21 und 22 in seinem grundsätzlichen Aufbau erläutert. Ergänzend wird auf die übrigen Figuren verwiesen werden. The stepless bicycle transmission 10 and the coupled with this drive arrangement will be explained below with reference to Figures 21 and 22 in its basic structure. In addition, reference will be made to the other figures.
Die Erfindung geht von einem Fahrrad aus, wie es allgemein in Form eines Zweirades - als Sonderform dreirädrig - bekannt ist. Ein Rahmen trägt ein Vorderrad und ein Hinterrad, wobei ein Kurbelantrieb vorgesehen ist, der mittels einer Kette oder eines Zahnriemens über ein vorderesThe invention is based on a bicycle, as it is generally known in the form of a bicycle - as a special three-wheeled - known. A frame carries a front wheel and a rear wheel, wherein a crank drive is provided, which by means of a chain or a toothed belt over a front
Kettenblatt die Antriebskraft auf ein am Hinterrad angeordnetes Ritzel aufbringt. In der Regel ist das Kettenblatt von seinem Umfang her größer als das Ritzel am Hinterrad. Deshalb stellt sich zwischen Kettenblatt undChainring applies the driving force on a arranged on the rear wheel pinion. As a rule, the chainring is larger in circumference than the pinion on the rear wheel. Therefore arises between chainring and
Ritzel ein erstes Übersetzungsverhältnis ein. Die Übersetzung ist definiert als i =
wobei für Abtrieb und Antrieb wahlweise die Anzahl der Pinion a first gear ratio. The translation is defined as i = where for output and drive either the number of
Antrieb
Zähne bzw. der wirksame Radumfang anzusetzen ist. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Kettenblatt und hinterem Ritzel ist also in der Regel i < 1 . Eine starre, das heißt rotationslos in der hinteren Gabel gehaltene Achse 1 1 - auch Tragachse 1 1 genannt - trägt erste Lager 12, mittels derer eine Hülse 13 - auch Antriebshülse 13 genannt - auf der Achse 1 1 gehalten ist. Die Hülse 13 kann dank der Lager 12 um die Achse 1 1 rotieren. Ein Zahnrad, das sogenannte Ritzel 14 ist drehfest mit der Antriebshülse 13 verbunden. drive Teeth or the effective wheel circumference is to be set. The transmission ratio between the chainring and the rear sprocket is therefore i <1. A rigid, that is held without rotation in the rear fork axis 1 1 - also called support shaft 1 1 - carries first bearing 12, by means of which a sleeve 13 - also called drive sleeve 13 - is held on the axis 1 1. The sleeve 13 can rotate about the axis 1 1 thanks to the bearings 12. A gear, the so-called pinion 14 is rotatably connected to the drive sleeve 13.
Das Ritzel 14 stellt für die folgenden Betrachtungen die Antriebsseite des erfindungsgemäßen Fahrradgetriebes dar. Am axial dem Ritzel 14 gegenüberliegenden Ende der Achse 1 1 ist die Radnabe 17 angeordnet. Sie ist über zweite Lager 18 rotativ an der Achse 1 1 festgelegt, kann sich also um die Achse 1 1 herum drehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel trägt die Bremsmomentbrücke 49 das zweite Lager 18, so dass diese zwischen der Radnabe 17 und der Achse 1 1 das vermittelnde Bauteil ist. The pinion 14 represents for the following considerations, the drive side of the bicycle transmission according to the invention. At the axially opposite the pinion 14 end of the axle 1 1, the hub 17 is arranged. It is fixed via second bearing 18 rotatably on the axis 1 1, so it can rotate around the axis 1 1 around. In the illustrated embodiment, the brake torque bridge 49 carries the second bearing 18 so that it is the mediating component between the hub 17 and the axis 1 1.
Dem Ritzel 14 im Kraftfluss nachgeordnet ist ein Zahnrad-Umlaufgetriebe 19. Dieses umfasst - im Kraftfluss gesehen - zunächst einen ersten Planetenträger 20, der Planetenräder in Form von Zahnrädern 21 trägt und drehfest auf der Hülse 13 angeordnet ist. Infolgedessen dreht sich der Planetenträger 20 mit derselben Umdrehungszahl wie die Hülse 13. Subordinate to the pinion gear 14 in the power flow is a gear epicyclic geared 19. This comprises - seen in the power flow - first a first planet carrier 20, the planetary gears in the form of gears 21 and rotatably mounted on the sleeve 13 is arranged. As a result, the planet carrier 20 rotates at the same speed as the sleeve thirteenth
Das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 beinhaltet ferner ein Innenrad 22 mit einer Außenverzahnung, um welches die Zahnrad-Planeten 21 - in die Verzahnung eingreifend - herumlaufen. Ferner umfasst das Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 ein äußeres Hohlrad 23 mit einer Innenverzahnung,
welches die Planetenräder 21 umgibt. Dieser Aufbau ist ergänzend in Fig. 24 dargestellt. The epicyclic gear 19 further includes an internal gear 22 having external teeth around which the planetary gears 21 - meshing with the gear teeth - pass. Further, the epicyclic gear 19 includes an outer ring gear 23 having an internal toothing, which surrounds the planet gears 21. This structure is shown in addition in FIG. 24.
Das Innenrad 22 weist einen Hülsenabschnitt 24 auf, mit welchem es rotationsbeweglich auf der Hülse 13 gelagert ist. Infolgedessen kann sich das Innenrad 22 relativ zur Hülse 13 drehen. Das Hohlrad 23 hingegen ist rotationsstarr angeordnet vom Gehäuse 41 gehalten und dreht sich in Bezug auf die Hülse 13 bzw. die Achse 1 1 nicht. Das stufenlose Fahrradgetriebe 10 beinhaltet ferner ein insgesamt mit der Bezugsziffer 25 versehenes Reibrad-Umlaufgetriebe. Das Reibrad- Umlaufgetriebe 25 beinhaltet zunächst eine Außensonne 26, die von zwei Außenlaufringen 27 gebildet ist. Die Außenlaufringe 27 sind zueinander beabstandet angeordnet und bilden zwischen sich einen ersten Spalt 28. Ein Außenlaufring 27 lässt sich in Längsrichtung der Achse 1 1 verschieben. Die Außenlaufringe 27 sind hinsichtlich der Achse 1 1 rotationsfest am Getriebegehäuse 41 angeordnet. Eine Rotation der Außenlaufringe 27 bzw. der Außensonne 26 um die Achse 1 1 herum findet grundsätzlich nicht statt. Eine Ausnahme besteht lediglich bei einer Verstellung des verschieblichen Laufrings 27, die mit einer Schraubbewegung einhergeht. The inner wheel 22 has a sleeve portion 24, with which it is rotatably mounted on the sleeve 13. As a result, the inner wheel 22 can rotate relative to the sleeve 13. The ring gear 23, however, is held rotationally fixed by the housing 41 and does not rotate with respect to the sleeve 13 and the axis 1 1. The continuously variable bicycle transmission 10 further includes a friction-wheel epicyclic gearbox, indicated generally by reference numeral 25. The friction-wheel epicyclic gear 25 first includes an outer sun 26, which is formed by two outer races 27. The outer races 27 are spaced from each other and form between them a first gap 28. An outer race 27 can be in the longitudinal direction of the axis 1 1 move. The outer races 27 are rotationally fixed to the transmission housing 41 with respect to the axis 1 1. A rotation of the outer races 27 and the outer sun 26 about the axis 1 1 around basically does not take place. An exception is only with an adjustment of the sliding race 27, which is accompanied by a screwing movement.
Das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 umfasst ferner eine Innensonne 29. Die Innensonne 29 wird von zwei zueinander beabstandet angeordneten Innenlaufringen 30 gebildet. Die Innenlaufringe 30 bilden zwischen sich einen zweiten Spalt 31 und sind hinsichtlich der Achse 1 1 in Axialrichtung verschieblich gelagert. Sie sind außerdem rotativ hinsichtlich der Achse 1 1 gelagert, rotieren demnach um die Achse 1 1 . Die Innenlaufringe 30 sind zueinander drehfest gekoppelt, beispielsweise über Stifte oder eine gemeinsame, verzahnte Hülse. Die Spaltweite des zweiten Spaltes 31 wird über eine Drehmomentkupplung 32 gesteuert, die unter anderem einen Koppelring 33 beinhaltet, der rotationsfest mit dem Innenrad 22,
insbesondere dessen Hülsenabschnitt 24 verbunden ist. Eine Tellerfeder 67 dient als Vorspannelement der Drehmomentkupplung 32. The friction-wheel epicyclic transmission 25 further comprises an inner sun 29. The inner sun 29 is formed by two spaced-apart inner races 30. The inner races 30 form between them a second gap 31 and are slidably mounted with respect to the axis 1 1 in the axial direction. They are also rotatably mounted with respect to the axis 1 1, therefore rotate about the axis 1 1. The inner race 30 are rotatably coupled to each other, for example via pins or a common toothed sleeve. The gap width of the second gap 31 is controlled via a torque coupling 32, which includes, inter alia, a coupling ring 33 which is rotationally fixed to the inner wheel 22, in particular, its sleeve portion 24 is connected. A plate spring 67 serves as a biasing element of the torque coupling 32nd
Die Drehmomentkupplung 32 hält die Innensonne 29, ist zudem rotationsgekoppelt auf dem Hülsenabschnitt 24 des Innenrades 22 angeordnet und dreht sich demzufolge mit der gleichen Umdrehungszahl wie das Innenrad 22. Der Hülsenabschnitt 24 ist gleichsam das Koppelglied zwischen Zahnrad-Umlaufgetriebe und der Innensonne des Reibrad-Umlaufgetriebes 25. The torque clutch 32 holds the inner sun 29, is also rotatably mounted on the sleeve portion 24 of the inner wheel 22 and thus rotates at the same speed as the inner wheel 22. The sleeve portion 24 is like the coupling member between the epicyclic gear and the inner sun of the friction wheel epicyclic gear 25th
Zwischen der Innensonne 29 und der Außensonne 26 des Reibrad- Umlaufgetriebes 25 sind Doppelkegelräder 34 angeordnet. Das Doppelkegelrad 34 ist dabei so aufgebaut, dass die Kegelbasen aneinander anliegen und in den ersten Spalt 28 zwischen den Außenlaufringen 27 und den zweiten Spalt 31 zwischen den Innenlaufringen 30 eintauchen, so dass die Kegelumfangsflächen an den Außenlaufringen 27 und Innenlaufringen 30 abrollen. Zum Aufbau des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 wird auf Fig. 25 verwiesen. Hier wird ein Radialschnitt durch die Ebene der Kegelbasen der Doppelkegelräder 34 gezeigt. Between the inner sun 29 and the outer sun 26 of the friction wheel epicyclic gear 25 double bevel gears 34 are arranged. The Doppelkegelrad 34 is constructed so that the cone bases abut each other and immerse in the first gap 28 between the outer races 27 and the second gap 31 between the inner races 30, so that the Kegelumfangsflächen roll on the outer races 27 and inner races 30. For construction of the friction wheel epicyclic gear 25, reference is made to FIG. Here a radial section through the plane of the conical bases of the double bevel gears 34 is shown.
Die Doppelkegelräder 34 sind ihrerseits mit einem zweiten Planetenträger 35 verbunden, der die Doppelkegelräder 34 hält. Der zweite Planetenträger 35 umfasst Schwingen 36, die einerseits jeweils eine Achse 56 eines Doppelkegelrades 34 halten und andererseits über einen Bolzen 57 an einem Planetenträgerring 38 festgelegt sind. Hierzu wird auf Fig. 26 verwiesen, welche die Anordnung der Doppelkegelräder 34 in den Schwingen 36 zeigt. Die Schwingen 36 sind in bevorzugter Ausführungsform einteilig und aus einem Sintermetall gefertigt, welches als Lager für den Bolzen 57 und die Achse 56 dient.
Dieser Aufbau des zweiten Planetenträgers 35 ermöglicht eine Radialbewegung der Doppel kegelräder 34 in Bezug auf die Achse 1 1 . Fig. 27 zeigt den zweiten Planetenträger 35 in seiner Anordnung im Getriebegehäuse 41 . The Doppelkegelräder 34 are in turn connected to a second planet carrier 35 which holds the Doppelkegelräder 34. The second planetary carrier 35 comprises rockers 36 which, on the one hand, respectively hold an axis 56 of a double-bevel gear 34 and, on the other hand, are fixed to a planet carrier ring 38 via a bolt 57. Reference is made to Fig. 26, which shows the arrangement of the double bevel gears 34 in the rocker 36. The rockers 36 are in a preferred embodiment in one piece and made of a sintered metal, which serves as a bearing for the bolt 57 and the axis 56. This structure of the second planetary carrier 35 allows a radial movement of the double bevel gears 34 with respect to the axis 1 1. FIG. 27 shows the second planetary carrier 35 in its arrangement in the transmission housing 41.
Der zweite Planetenträger 35 rotiert um die Achse 1 1 und ist mit einer Abtriebshülse 39 über einen Freilauf 66 in Vortriebsrichtung rotationsfest verbunden, das heißt, dass sich die Abtriebshülse 39 in Vortriebsrichtung mit der gleichen Umdrehungszahl wie der Planetenträger um die Achse 1 1 dreht. Die Abtriebshülse 39 ist zudem drehfest mit der Radnabe 17 gekoppelt, so dass diese sich mit derselben Umdrehungszahl wie die Abtriebshülse 39 um die Achse 1 1 dreht. The second planetary carrier 35 rotates about the axis 1 1 and is rotatably connected to an output sleeve 39 via a freewheel 66 in the forward drive direction, that is, that the output sleeve 39 rotates in the drive direction with the same number of revolutions as the planet carrier about the axis 1 1. The output sleeve 39 is also rotatably coupled to the wheel hub 17 so that it rotates about the axis 1 1 with the same number of revolutions as the output sleeve 39.
Zum Reibrad-Umlaufgetriebe 25 gehört schließlich noch eine Versteileinrichtung 40, mit welcher die axiale Spaltweite des ersten Spaltes 28 verändert werden kann. Finally, an adjusting device 40 with which the axial gap width of the first gap 28 can be changed still belongs to the friction wheel planetary gear 25.
Ein Getriebegehäuse 41 umgibt das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 sowie das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 und ist über eine Drehmomentstütze 42 fest mit dem Rahmen des Fahrrades verbunden. Infolgedessen ist das Getriebegehäuse 41 rotationsfest, also starr am Fahrradrahmen angeordnet und dreht sich nicht um die Achse 1 1 . Zu Kühlungszwecken, die später beschrieben werden, ist Aluminium aufgrund seiner guten Wärmeleiteigenschaften das bevorzugte Gehäusematerial Sowohl das Hohlrad 23 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 wie auch die Außensonne 26 des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 sind deshalb rotationsfest am Getriebegehäuse 41 festgelegt. Ein drittes Lager 43 zwischen Getriebegehäuse 41 und Hülse 13 erlaubt die Relativbewegung der Hülse 13 zum Getriebegehäuse 41 . Ein viertes Lager 44 erlaubt eine Relativbewegung zwischen den starr angeordneten Getriebegehäuse 41 und der Abtriebshülse 39. Ein fünftes Lager 45 stützt die Abtriebshülse 39 über das Spreizteil 73 der Rücktrittsbremse 46 auf der Tragachse 1 1 ab.
Innerhalb der Abtriebshülse 39 ist eine Rücktrittbremse 46 angeordnet, die als Rollenbremse ausgestaltet ist. Im Bereich von Rollen 47, die einen Abschnitt der Antriebshülse 13 umgeben, weist die Antriebshülse 13 radiale Rampen auf. Wird auf das Ritzel 14 eine der Antriebsbewegung entgegengesetzte Bewegung aufgezwungen, drücken die Rampen die Rollen 47 nach außen gegen Bremsbacken 48, welche gegen die Innenumfangsfläche der Abtriebshülse 39 gedrückt wird. Die Bremsbacken 48 sind über eine Bremsmomentbrücke 49 mit einer Bremsmomentstütze 50 gekoppelt, die ihrerseits drehfest mit dem Fahrradrahmen verbunden ist. A gear housing 41 surrounds the epicyclic gear 19 and the friction gear epicyclic gear 25 and is connected via a torque arm 42 fixed to the frame of the bicycle. As a result, the gear housing 41 is rotationally fixed, so rigidly arranged on the bicycle frame and does not rotate about the axis 1 1. For cooling purposes, which will be described later, aluminum is the preferred housing material due to its good thermal conduction properties. Both the ring gear 23 of the epicyclic gear 19 and the outer sun 26 of the friction wheel epicyclic gear 25 are therefore fixed to the gear housing 41 in a rotationally fixed manner. A third bearing 43 between the gear housing 41 and sleeve 13 allows the relative movement of the sleeve 13 to the transmission housing 41st A fourth bearing 44 allows a relative movement between the rigidly arranged gear housing 41 and the output sleeve 39. A fifth bearing 45 supports the output sleeve 39 via the expansion part 73 of the coaster brake 46 on the support shaft 1 1. Within the output sleeve 39, a coaster brake 46 is arranged, which is designed as a roller brake. In the area of rollers 47, which surround a portion of the drive sleeve 13, the drive sleeve 13 has radial ramps. When a movement opposite to the drive movement is imposed on the pinion 14, the ramps push the rollers 47 outwardly against brake shoes 48, which are pressed against the inner circumferential surface of the output sleeve 39. The brake shoes 48 are coupled via a brake torque bridge 49 with a brake torque arm 50, which in turn is rotatably connected to the bicycle frame.
Um die beim Bremsen entstehende Wärme gut abführen zu können, schlägt die Erfindung ein vorteilhaftes Kühlsystem vor. Zu diesem Kühlsystem gehören zunächst in Umfangsrichtung verlaufende, außenumfänglich auf der Abtriebshülse 39 aufgebrauchte Kühlrippen 51 . Die Radnabe 17 weist in ihrem die Abtriebshülse 39 umgebenden Bereich Luftzufuhröffnungen 52 auf, die umfangsbeabstandet zueinander angeordnet sind. Zwischen den Luftzuführöffnungen 52 sind auf der Innenseite der Radnabe 17 Luftschaufeln 53 angeordnet. Das Getriebegehäuse 41 trägt den Luftschaufeln 53 zugewandte Luftleitrippen 54. Dies ist auch in Fig. 28 dargestellt. In order to dissipate the heat generated during braking well, the invention proposes an advantageous cooling system. To this cooling system initially belonging in the circumferential direction, the outer circumference exhausted on the output sleeve 39 cooling fins 51 belong. The wheel hub 17 has in its surrounding the output sleeve 39 area air supply openings 52 which are circumferentially spaced from each other. Between the air supply openings 52 17 air blades 53 are arranged on the inside of the wheel hub. The gear housing 41 carries the air blades 53 facing Luftleitrippen 54. This is also shown in Fig. 28.
Funktion des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels: Function of the above-described embodiment:
Über einen nicht dargestellten Kurbelantrieb, der ein vorderes Kettenblatt aufweist, wird über ein Zugmittel, beispielsweise eine Kette, eine Antriebskraft auf das hintere Ritzel 14 übertragen. Alternativ zu einem gängigen Kettenantrieb, bei welchem das vordere Kettenblatt sowie das Ritzel 14 als Zahnrad ausgebildet und über eine Kette miteinander verbunden sind, ist der Antrieb über einen Zahnriemen denkbar und hat
aufgrund einer geringeren Geräuschentwicklung sowie eines Betriebes ohne Schmiermittel nicht unerhebliche Vorteile. Via a crank drive, not shown, which has a front chainring, a driving force is transmitted to the rear sprocket 14 via a traction means, such as a chain. As an alternative to a common chain drive, in which the front chainring and the pinion 14 are formed as a gear and connected to each other via a chain, the drive via a toothed belt is conceivable and has due to a lower noise level and operation without lubricant significant advantages.
Das vordere Kettenblatt ist größer als das hintere Kettenblatt, so dass zusammen mit dem Zugmittel eine erste Übersetzung gebildet ist. Diese kann auch als Zugmittelgetriebe bezeichnet werden. Diese erste Übersetzung weist meistens ein Übersetzungsverhältnis von i deutlich kleiner 1 auf. Eine relative langsame Umdrehung des vorderen Kettenblattes wird so in eine hierzu schnellere Umdrehung des hinteren Ritzels 14 gewandelt. Das auf die Antriebshülse 13 wirkende Drehmoment wird entsprechend reduziert. The front chainring is larger than the rear chainring, so that together with the traction means a first translation is formed. This can also be referred to as a traction mechanism. This first translation usually has a gear ratio of i much less than 1. A relatively slow rotation of the front sprocket is thus converted into a faster rotation of the rear sprocket 14 for this purpose. The torque acting on the drive sleeve 13 is reduced accordingly.
Das in den Figuren dargestellte, stufenlose Fahrradgetriebe 10 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel Bestandteil des Hinterrades, welches mittels der starren Achse 1 1 in der hinteren Gabel des Fahrradrahmens eingespannt ist. Die über das Zugmittelgetriebe auf das Hinterrad zu übertragende Vortriebskraft wird von der drehfest mit dem Ritzel 14 verbundenen, jedoch rotationsbeweglich auf der Achse 1 1 gelagerten Antriebshülse 13 - hierzu dienen die ersten Lager 12 - in das Getriebegehäuse 41 geführt. Das Getriebegehäuse 41 ist über eine Drehmomentstütze 42 rotationsfest mit dem Rahmen verbunden und hält die Antriebshülse 13 rotationsbeweglich über dritte Lager 43. The illustrated in the figures, continuously variable transmission 10 is in this embodiment part of the rear wheel, which is clamped by means of the rigid axle 1 1 in the rear fork of the bicycle frame. The driving force to be transmitted via the traction mechanism to the rear wheel is guided into the transmission housing 41 by the drive sleeve 13 connected rotatably to the pinion 14, but rotatably mounted on the axle 11. The gear housing 41 is rotationally fixedly connected to the frame via a torque support 42 and holds the drive sleeve 13 rotationally movable via third bearings 43.
Die Antriebskraft in Form einer Rotationsbewegung wird von der Antriebshülse 13 auf das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 weitergeleitet, dessen Planetenträger 20 hierfür drehfest auf der Antriebswelle angeordnet ist. Er rotiert folglich mit der Antriebshülse 13. Das außenliegende Hohlrad 23 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 bildet den drehfesten Bestandteil, da es rotationslos mit dem Getriebgehäuse 41 verbunden ist. Infolgedessen wird die Drehbewegung über die am Planetenträger 20 gehaltenen Planetenzahnräder 21 an das Innenrad 22 weitergegeben, wobei hier eine weitere Übersetzung mit einem
Übersetzungsverhältnis i < 1 realisiert ist. Diese Übersetzung wird im Folgenden sprachlich als dritte Übersetzung definiert und durch das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 realisiert. Durch das Übersetzungsverhältnis i < 1 wird damit die Umdrehungsgeschwindigkeit gegenüber dem Ritzel 14 weiter erhöht. Hierdurch findet eine weitere Drehmomentreduzierung gegenüber dem auf den Kurbelantrieb wirkenden Drehmoment statt. The driving force in the form of a rotational movement is forwarded from the drive sleeve 13 to the epicyclic gear 19, the planet carrier 20 is rotatably arranged on the drive shaft for this purpose. It thus rotates with the drive sleeve 13. The outer ring gear 23 of the epicyclic gear 19 forms the rotationally fixed component, since it is rotationally connected to the gear housing 41. As a result, the rotational movement is transmitted via the planetary gears 20 held on the planet gears 21 to the inner wheel 22, in which case a further translation with a Gear ratio i <1 is realized. This translation is hereinafter linguistically defined as a third translation and realized by the gear epicyclic gear 19. By the gear ratio i <1 so that the rotational speed relative to the pinion 14 is further increased. As a result, there is a further torque reduction with respect to the torque acting on the crank drive.
Das Innenrad 22 ist rotationsbeweglich auf der Antriebshülse 13 gelagert, es kann sich demzufolge relativ zur Antriebshülse 13 drehen. The inner wheel 22 is rotatably mounted on the drive sleeve 13, it can therefore rotate relative to the drive sleeve 13.
An das Innenrad 22 ist ein Koppelglied in Form eines einstückig stoffschlüssig angeformten Hülsenabschnitts 24 angeformt, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch die Lagerung des Innenrades 22 auf der Antriebshülse 13 realisiert. Über den Hülsenabschnitt 24 wird die Antriebskraft in Form der erheblich gesteigerten Antriebsdrehzahl bei entsprechender Drehmomentreduktion in das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 eingeleitet, welches eine stufenlose Übersetzung der in das Getriebegehäuse eingebrachten Eingangsrotationsbewegung in eine das Rad antreibende Ausgangsrotationsbewegung ermöglicht. To the inner wheel 22, a coupling member in the form of a one-piece cohesively molded sleeve portion 24 is formed, which also realizes the storage of the inner wheel 22 on the drive sleeve 13 in the present embodiment. About the sleeve portion 24, the driving force is introduced in the form of significantly increased input speed with a corresponding torque reduction in the friction-epicyclic gear 25, which allows a continuous transmission of the introduced into the transmission housing input rotational movement in a wheel driving output rotation movement.
Ein zweiter Bestandteil des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 bildet die feststehende Außensonne 26, die ebenfalls aus zwei Ringen, nämlich den Außenlaufringen 27 gebildet ist. Diese sind rotationsfest am rotationslos gehaltenen Getriebegehäuse 41 festgelegt. Die Axialverschiebung eines Außenlaufringes 27 ist über eine Versteileinrichtung 40 möglich. Doppelkegelräder 34 - wenigstens drei, bevorzugt 6 an der Zahl - laufen mit ihren Kegelflächen an den Innenlaufringen 30 und Außenlaufringen 27 ab, die hierzu jeweils einen ersten Spalt 28 bzw. zweiten Spalt 31 zwischen sich bilden. Da die Innensonne 29 rotiert und die Außensonne 26 drehfest angeordnet ist, wird die Rotationsbewegung der Innensonne 29 auf die Doppelkegelräder 34 übertragen, die diese auf ihren Planetenträger 35 weitergeben, so dass dieser ebenfalls rotiert. Die
Übersetzung im Reibrad-Umlaufgetriebe 25 - sprachlich als zweite Übersetzung definiert - weist ein Übersetzungsverhältnis von i > 1 auf, welches über den gesamten Verstellbereich des stufenlos verstellbaren Reibrad-Umlaufgetriebes 25 gewährleistet ist. A second component of the friction-wheel epicyclic gear 25 forms the stationary outer sun 26, which is also formed of two rings, namely the outer races 27. These are rotationally fixed to the rotationally held gear housing 41 fixed. The axial displacement of an outer race 27 is possible via an adjusting device 40. Double bevel gears 34 - at least three, preferably 6 in number - run with their conical surfaces on the inner races 30 and outer races 27, which each form a first gap 28 and second gap 31 between them. Since the inner sun 29 rotates and the outer sun 26 is arranged rotationally fixed, the rotational movement of the inner sun 29 is transmitted to the double bevel gears 34, which pass this on their planet carrier 35 so that it also rotates. The Translation in the friction-wheel epicyclic 25 - linguistically defined as the second translation - has a gear ratio of i> 1, which is ensured over the entire adjustment of the continuously variable friction-epicyclic gear 25.
Um das Übersetzungsverhältnis i des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 zu verändern, wird über die aktiv regelbare Versteileinrichtung 40 - auch erste Versteileinrichtung 40 genannt - die Spaltweite des ersten Spaltes 28 verändert. Um das Übersetzungsverhältnis zu vergrößern, wird der erste Spalt 28 geweitet, so dass die Doppelkegelräder 34 tiefer in den Spalt 28 eintauchen und Ihre Bewegungsbahn um die Innensonne 29 einen größeren Umfang erhält. Bei einer Weitung des ersten Spaltes 28 führt die Drehmomentkupplung 32 der Innensonne 29 den zweiten Spalt 31 nach und verengt diesen. Hierdurch werden die Doppelkegelräder 34 auf ihre neue Umlaufbahn bewegt und tiefer in den erweiterten ersten Spalt 28 hineinbewegt. Die Drehmomentkupplung 32 bildet in diesem Sinne eine zweite, passiv nachführende Versteileinrichtung. Sie übt eine zum Antriebsmoment proportional wirkende Anpresskraft auf den linken Innenlaufring 30 aus. Die Reaktionskraft wirkt über den Hülsenabschnitt 24 auf den rechten Innenlaufring 30. In order to change the transmission ratio i of the friction-wheel epicyclic gear 25, the gap width of the first gap 28 is changed via the actively controllable adjusting device 40 - also called the first adjusting device 40. In order to increase the gear ratio, the first gap 28 is widened, so that the double bevel gears 34 dive deeper into the gap 28 and your trajectory around the inner sun 29 receives a greater extent. With a widening of the first gap 28, the torque coupling 32 of the inner sun 29 leads the second gap 31 and narrows it. As a result, the double bevel gears 34 are moved to their new orbit and moved deeper into the extended first gap 28. The torque coupling 32 in this sense forms a second, passive tracking adjusting device. It exerts a force acting proportionally to the drive torque on the left inner race 30. The reaction force acts on the right inner race 30 via the sleeve portion 24.
Selbstverständlich ist es in der Umkehrung des Verstellprinzips möglich, die Spaltbreite des zweiten Spaltes 31 aktiv durch eine Versteileinrichtung zu beeinflussen und die Spaltweite des ersten Spaltes 28 passiv nachzuführen. Of course, in the reversal of the adjustment principle, it is possible to actively influence the gap width of the second gap 31 by an adjusting device and passively track the gap width of the first gap 28.
Um die Radialbewegung der Doppelkegelräder 34 zu ermöglichen, sind diese über Schwingen 36 mit dem Planetenträgerring 38 verbunden. Je weiter innen die Doppelkegelräder 34 laufen, desto kleiner ist das Übersetzungsverhältnis im Reibrad-Umlaufgetriebe 25, je weiter außen die Kegelräder 34 laufen, desto größer ist das Übersetzungsverhältnis. Dabei bleibt jedoch eine Grundvoraussetzung bestehen; das
Übersetzungsverhältnis im Reibrad-Umlaufgetriebe 25 ist immer i > 1 . Wurde also die Umdrehungsgeschwindigkeit ausgehend vom Kurbelantrieb bis zum Eingang in das stufenlos verstellbare Reibrad- Umlaufgetriebe 25 kontinuierlich erhöht, um das Drehmoment zu reduzieren, fand also eine Übersetzung ins Schnelle statt, so kehrt das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 dies unter Erhöhung des Drehmomentes um und übersetzt ins Langsame. Durch die massive Reduzierung des Antriebsdrehmomentes bei Erhöhung der Drehzahl ist es möglich, ein kleinbauendes Getriebe zu schaffen, welches auf seiner Abtriebsseite dennoch ausreichend Drehmoment zur Fortbewegung des Fahrrades liefert. In order to allow the radial movement of the double bevel gears 34, these are connected via rockers 36 with the planet carrier ring 38. The further inside the double bevel gears 34 run, the smaller the gear ratio in the friction-wheel epicyclic gearbox 25, the further outward the bevel gears 34 run, the greater the gear ratio. However, a basic requirement remains; the Gear ratio in the friction gear epicyclic 25 is always i> 1. Thus, if the rotational speed from the crank drive to the input into the continuously variable friction-epicyclic gear 25 was continuously increased to reduce the torque, so a translation took place quickly, the friction-wheel epicyclic gearbox 25 reverses this by increasing the torque and translates slow. Due to the massive reduction of the drive torque when increasing the speed, it is possible to create a small-sized transmission, which nevertheless provides sufficient torque on its output side for locomotion of the bicycle.
Der zweite Planetenträger 35 des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 ist drehfest mit der Abtriebshülse 39 verbunden, an welcher - ebenfalls drehfest - die hier glockenförmig ausgebildete Radnabe 17 befestigt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird hierzu die Radnabe 17 an der Abtriebshülse 39 schraubbefestigt. Infolgedessen wird die Abtriebshülse 39 und die Radnabe 17 mit der Ausgangsumdrehungszahl des Reibrad- Umlaufgetriebes 25 bewegt. The second planetary carrier 35 of the friction-wheel epicyclic gear 25 is non-rotatably connected to the output sleeve 39, to which - also rotationally fixed - the bell-shaped here wheel hub 17 is attached. In the present embodiment, the wheel hub 17 is screw-fastened to the output sleeve 39 for this purpose. As a result, the output sleeve 39 and the wheel hub 17 are moved with the output revolution number of the friction-wheel epicyclic gear 25.
Die Radnabe 17 umgibt das Getriebegehäuse 41 glockenartig und ist zum Ritzel 14 hin offen. Um die Abwärme der in die Abtriebshülse 39 integrierten Rücktrittbremse 46 zu optimieren, weist die Nabe 17 auf ihrer dem Ritzel 14 gegenüberliegenden Seite Luftzuführöffnungen 52 auf, die umfangsverteilt angeordnet sind. Zwischen den Luftzuführöffnungen 52 sind Luftschaufeln 53 angeordnet, die in Richtung des Getriebegehäuses 41 weisen. The wheel hub 17 surrounds the gear housing 41 like a bell and is open towards the pinion 14. In order to optimize the waste heat of integrated in the output sleeve 39 coaster brake 46, the hub 17 on its side opposite the pinion 14 side air supply openings 52, which are arranged circumferentially distributed. Between the air supply openings 52 air blades 53 are arranged, which point in the direction of the transmission housing 41.
Durch die Rotationsbewegung der Radnabe 17 und die Form und Anordnung der Luftschaufeln 53 wird ein Luftstrom erzeugt, der die Luft aus dem Glockeninnenraum der Radnabe 17 in Richtung Ritzel 14 hinaus drängt. Dieser Luftstrom wird durch Luftleitrippen 54 gefördert und
optimiert, welche am Getriebegehäuse 41 , den Luftschaufeln 53 zugewandt, angeordnet sind. In dem durchströmten Luftraum ist der Teil der Abtriebshülse 39 angeordnet, welcher die Rücktrittbremse 46 beinhaltet und außenumfänglich mit die Wärmeabfuhr optimierenden Kühlrippen 51 versehen ist. Der so erzeugte Luftstrom streicht über das Getriebegehäuse 41 und sorgt somit dort für eine Kühlung der innen liegenden, in einem Ölbad laufenden Komponenten. Due to the rotational movement of the wheel hub 17 and the shape and arrangement of the air blades 53, an air flow is generated, which forces the air from the bell interior of the wheel hub 17 in the direction of the pinion 14 addition. This air flow is promoted by Luftleitrippen 54 and optimized, which on the gear housing 41, facing the air blades 53, are arranged. In the air space through which flows the part of the output sleeve 39 is arranged, which includes the coaster brake 46 and the outer circumference is provided with the heat dissipation optimizing cooling fins 51. The air flow generated in this way sweeps over the gear housing 41 and thus ensures cooling of the internal components running in an oil bath.
Die Radnabe 17 weist außenumfänglich zwei voneinander beabstandete, umlaufende Kränze 55 auf, die als Speichenträger für das Hinterrad des Fahrrades dienen. The wheel hub 17 has the outer circumference two spaced-apart, circumferential rings 55, which serve as a storage carrier for the rear wheel of the bicycle.
Ein wesentlicher Aspekt des vorliegenden Fahrradgetriebes 10 ist die Nutzung des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 als stufenlos verstellbare Getriebeeinheit, die ein Übersetzungsverhältnis von ausschließlich i > 1 aufweist. Dies ermöglicht es, hohe Eingangsdrehzahlen mit niedrigen Drehmomenten über ein kompakt bauendes Getriebe in für den Fahrradvortrieb günstige Ausgangsdrehzahlen zu wandeln. Je nach Fahrradgröße ist die dritte Übersetzung durch das hier im Beispiel genutzte Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 nicht erforderlich. Die erste Übersetzung vom Kettenblatt auf das Ritzel 14 kann ausreichend hohe Drehzahlen erzeugen, so dass auf diese dritte Übersetzungsstufe verzichtet werden kann. Ebenso bildet die Rücktrittbremse 46 ein optionales Bauteil des stufenlosen Fahrradgetriebes 10. An essential aspect of the present bicycle transmission 10 is the use of the friction-wheel epicyclic gear 25 as a continuously variable transmission unit, which has a transmission ratio of only i> 1. This makes it possible to convert high input speeds with low torques over a compact gearbox in favorable for the bicycle propulsion output speeds. Depending on the size of the bicycle, the third gear ratio is not required by the gear epicyclic gear 19 used here in the example. The first translation of the chainring on the pinion 14 can generate sufficiently high speeds, so that can be dispensed with this third gear ratio. Likewise, the coaster brake 46 forms an optional component of the continuously variable bicycle transmission 10.
Das starre Getriebegehäuse 41 ermöglicht es, das wie beschrieben funktionierende Reibrad-Umlaufgetriebe auszubilden und bietet gleichzeitig die Voraussetzungen, das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 zu integrieren. Es bietet darüber hinaus die Möglichkeit, die vorbeschriebene Rücktrittbremse 46 unmittelbar und unter Umgehung der Getriebekomponenten auf das Hinterrad wirken zu lassen, so dass die
Bremswirkung nicht durch die über die Getriebe realisierte, variierende Übersetzung beeinflusst ist. The rigid gear housing 41 makes it possible to form the functioning as described Reibrad epicyclic gear and also provides the conditions to integrate the epicyclic gear 19. It also offers the possibility to have the above-described coaster brake 46 act directly and bypassing the transmission components on the rear wheel, so that the Braking effect is not affected by the gear ratio realized across the gearbox.
Da das feststehende Getriebegehäuse 41 nicht als Speichenträger dient und damit nicht unmittelbare Komponente der sich drehenden Hinterradbestandteile ist, ist es hinsichtlich einer eventuellen Wartung und Reparatur vorteilhaft ausgestaltet. Im Gegensatz zu Getriebegehäusen 41 , die gleichzeitig den Speichenträger bilden und rotieren, kann die Radnabe 17 von den eigentlichen Getriebekomponenten entfernt werden, ohne dass die Radspeichen demontiert werden müssen. Nach Ausbau des Getriebegehäuses 41 lässt sich dieses öffnen und die einzelnen Getriebekomponenten lassen sich warten. Auf diesem Wege lässt sich das Getriebe alternativ zur Instandsetzung besonders einfach und schnell tauschen. Since the fixed gear housing 41 does not serve as a storage carrier and thus is not an immediate component of the rotating Hinterradbestandteile, it is advantageously designed with regard to a possible maintenance and repair. In contrast to gear housings 41, which simultaneously form and rotate the spoke carrier, the wheel hub 17 can be removed from the actual transmission components without the wheel spokes having to be disassembled. After removal of the transmission housing 41, this can be opened and the individual transmission components can be maintained. In this way, the gearbox can be exchanged as an alternative to repair particularly easy and fast.
In das Getriebe 10 ist ein Freilauf 66 integriert, der innerhalb des Getriebegehäuses 41 Platz findet und eine Umkehrung des Kraftflusses vom Hinterrad über das Getriebe auf den Kurbelantrieb verhindert. Das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 ermöglicht eine Verstellung des Übersetzungsverhältnisses um das 4- bis 6-fache zwischen seiner kleinsten und seiner größten Übersetzung. In the transmission 10, a freewheel 66 is integrated, which finds place in the transmission case 41 and prevents reversal of the flow of power from the rear wheel via the transmission to the crank drive. The friction-wheel epicyclic gearbox 25 allows an adjustment of the gear ratio by 4 to 6 times between its smallest and its largest translation.
Bei Fahrrädern zwischen 26 und 29 Zoll Größe unter Verwendung der Erfindung wird über Kettenblatt und Ritzel 14 oder über vordere und hintere Riemenscheiben ein Übersetzungsverhältnis von i = 0,5 bis 0,7 angestrebt. Ein Übersetzungsverhältnis von i = 0,59 wird beispielsweise realisiert, indem das Kettenblatt des Kurbelantriebs 34 Zähne und das Ritzel 20 Zähne aufweist. For bicycles between 26 and 29 inches in size using the invention, a gear ratio of i = 0.5 to 0.7 is sought through the chainring and pinion 14 or front and rear pulleys. A gear ratio of i = 0.59 is realized, for example, by having the chainring of the crank drive 34 teeth and the pinion 20 teeth.
Weiterhin empfiehlt die Erfindung, das im Ausführungsbeispiel dargestellte Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 einzusetzen und hier ein
Übersetzungsverhältnis von i ca. 0,34 anzustreben, so dass die Gesamtübersetzung aus erster Übersetzung und dritter Übersetzung durch das Zugmittelgetriebe und das Zahnrad -Umlaufgetriebe 19 i etwa 0,2 ergibt. Die Kurbeldrehzahl wird so fünffach erhöht. Alternativ lässt sich selbstverständlich ein Übersetzungsverhältnis von i 0,2 auch allein über Kettenblatt und Ritzel 14 und deren Dimensionierung realisieren. Furthermore, the invention recommends to use the gear epicyclic gear 19 shown in the embodiment and here a Gear ratio of i about 0.34 strive so that the total ratio of first gear ratio and third gear ratio by the traction mechanism and the gear-Umlaufgetriebe 19 i gives about 0.2. The crank speed is increased five times. Alternatively, of course, a gear ratio of i 0.2 can also be realized solely on chainring and pinion 14 and their dimensioning.
Die zweite Übersetzung, realisiert durch das Reibrad-Umlaufgetriebe 25, weist in jedem Fall Übersetzungsverhältnisse i > 1 auf, wobei ein Übersetzungsverhältnis von i = 1 ,5 bis i=6 oder mehr und somit ein vierfacher Verstellbereich angestrebt ist. The second gear ratio, realized by the friction-wheel epicyclic gearing 25, has gear ratios i> 1 in each case, wherein a gear ratio of i = 1, 5 to i = 6 or more and thus a fourfold adjustment range is desired.
Über die Anzahl der Planetenräder, insbesondere der Doppelkegelräder 34, lässt sich die Drehmomenttoleranz, insbesondere des Reibrad- Umlaufgetriebes 25 variieren. Jedes Doppelkegelrad 34 überträgt über vier Stellen das Drehmoment, so dass sich die Drehmomentbelastung im Reibrad-Umlaufgetriebe 25 über jedes zusätzlich laufende Doppelkegelrad 34 erheblich reduzieren lässt. Bei der bevorzugten Ausführungsform mit 6 Doppelkegelrädern wird das Drehmoment an insgesamt 24 Stellen übertragen. Auf diese Weise wird ein sehr robustes, und dennoch kleinbauendes Getriebe bereitgestellt On the number of planet gears, in particular the double bevel gears 34, the torque tolerance, in particular of the friction wheel epicyclic gear 25 can be varied. Each Doppelkegelrad 34 transmits the torque over four points, so that the torque load in the friction-wheel epicyclic gearbox 25 can be considerably reduced via each additionally running Doppelkegelrad 34. In the preferred embodiment with 6 double bevel gears, the torque is transmitted at a total of 24 positions. In this way, a very robust, yet small-sized transmission is provided
Die aktive Versteileinrichtung 40 kann durch einen Bowdenzug betätigt oder aber elektrisch über einen Servo beeinflusst werden. The active adjusting device 40 can be actuated by a Bowden cable or electrically influenced by a servo.
Anhand der Fig. 29 und Fig. 30 werden weitere, abgewandelte Ausführungsformen kurz vorgestellt. Der grundsätzliche Aufbau gleich dem des vorbeschriebenen ersten Ausführungsbeispiels. Es sind jedoch Zusatzaggregate wie integrierte Elektromotoren bzw. Generatoren in das erfindungsgemäße Getriebe integriert.
Fig. 29 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem das erfindungsgemäße Fahrradgetriebe 10 um einen außenlaufenden Elektromotor 58 ergänzt wurde. Um diesen Elektromotor integrieren zu können, wurde die Radnabe 17 in ihrem Durchmesser vergrößert, so dass zwischen dem Getriebegehäuse 41 und der Radnabe 17 ein Raum zur Anordnung von Rotor und Stator geschaffen wurde. Further, modified embodiments will be briefly presented with reference to FIGS. 29 and 30. The basic structure is the same as that of the above-described first embodiment. However, additional units such as integrated electric motors or generators are integrated into the transmission according to the invention. FIG. 29 shows a second exemplary embodiment of the invention, in which the bicycle transmission 10 according to the invention has been supplemented by an externally running electric motor 58. In order to integrate this electric motor, the wheel hub 17 has been increased in diameter, so that between the gear housing 41 and the hub 17, a space for the arrangement of rotor and stator was created.
Der Stator des außenlaufenden Elektromotors 58 ist mit der Bezugsziffer 59 versehen und wird auch als erster Stator 59 bezeichnet. Er ist auf dem feststehenden Getriebegehäuse 41 gehalten. Der Rotor 60 hingegen, auch als erster Rotor 60 bezeichnet, ist innenumfänglich an der Radnabe 17 gehalten und versetzt diese bei Nutzung des Elektromotors 58 entsprechend in Rotation. Der außenlaufende Elektromotor 58 wirkt direkt und unmittelbar auf das Hinterrad des Fahrrades. Er umgeht somit sämtliche innerhalb des Getriebegehäuses 41 angeordneten Getriebekomponenten. The stator of the outboard electric motor 58 is designated by the reference numeral 59 and is also referred to as the first stator 59. It is held on the stationary gear housing 41. The rotor 60, however, also referred to as the first rotor 60, is held on the inner circumference of the wheel hub 17 and puts them in use of the electric motor 58 in accordance with rotation. The externally running electric motor 58 acts directly and directly on the rear wheel of the bicycle. He thus bypasses all disposed within the transmission housing 41 transmission components.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 30 gezeigt. Dort ist durch eine leichte Veränderung des Getriebegehäuses 41 Platz für einen innenlaufenden Elektromotor 61 geschaffen worden. Der Stator 62, auch als zweiter Stator 62 bezeichnet, ist an der Innenumfangsfläche des Getriebegehäuses 41 fest angeordnet. Der Rotor des innenlaufenden Elektromotors 61 trägt das Bezugszeichen 63 und wird auch als zweiter Rotor 63 bezeichnet. Er ist über eine Rotorstütze 64 zumindest mittelbar auf der Tragachse 1 1 rotationsbeweglich gelagert. In Fig. 30 ist die Rotorstütze 64, welche den zweiten Rotor 63 trägt, drehfest mit dem Innenrad 22 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 verbunden, im Kraftfluss also zwischen dem Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 und dem Reibrad- Umlaufgetriebe 25 angeordnet. Der Stator 62 gibt seine Wärme an das luftgekühlte Getriebegehäuse 41 ab, wohingegen der Rotor 63 seine Wärme an ein im Gehäuse 41 befindliches Öl abgibt. Dieses Öl erfährt
seine Kühlung wiederum durch den das Gehäuse 41 umgebenden Luftstrom. Am Innenrad 22 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 wird die Leistung des Kurbelantriebes und des innenlaufenden Elektromotors 61 zusammengeführt. Das Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 bildet so ein Summiergetriebe. A third embodiment of the invention is shown in FIG. There 41 space for an internal electric motor 61 has been created by a slight change of the gear housing. The stator 62, also referred to as the second stator 62, is fixedly arranged on the inner peripheral surface of the transmission case 41. The rotor of the internal electric motor 61 carries the reference numeral 63 and is also referred to as the second rotor 63. It is mounted on a rotor support 64 at least indirectly on the support shaft 1 1 rotatably movable. In Fig. 30, the rotor support 64, which carries the second rotor 63, rotatably connected to the internal gear 22 of the epicyclic gear 19, in the power flow between the epicyclic gear 19 and the friction gear 25 arranged. The stator 62 discharges its heat to the air-cooled transmission case 41, whereas the rotor 63 discharges its heat to an oil contained in the case 41. This oil experiences its cooling in turn by the housing 41 surrounding air flow. At the inner wheel 22 of the epicyclic gear 19, the power of the crank drive and the internal electric motor 61 is brought together. The epicyclic gear 19 thus forms a summing gear.
In jedem Fall wirkt bei dieser dritten Ausführungsform der Elektromotor 61 über das Reibrad-Umlaufgetriebe 25 mittelbar auf die Radnabe 17, so dass ein kleinbauender, schnelldrehender Elektromotor 61 mit geringem Drehmoment eingesetzt werden kann, dessen Antriebsenergie durch das Getriebe 10 in für den Vortrieb des Fahrrades geeigneter Weise umgewandelt wird. In any case, in this third embodiment, the electric motor 61 acts indirectly on the wheel hub 17 via the friction-wheel epicyclic gearbox 25, so that a small-sized, high-speed electric motor 61 with low torque can be used, its driving power through the gearbox 10 for the propulsion of the bicycle is suitably converted.
Das dritte Ausführungsbeispiel der Fig. 30 zeigt darüber hinaus exemplarisch, dass das Getriebegehäuse 41 eine Motorsteuerung trägt. Diese ist mit der Bezugsziffer 65 versehen und auf Rippen des Getriebegehäuses 41 angeordnet. Hierdurch kann die vorbeschriebene, effektive Kühlung aufrechterhalten werden, da der Luftstrom auch zwischen dem Gehäuse der Motorsteuerung 65 und dem Getriebegehäuse 41 aufrechterhalten bleibt. The third embodiment of FIG. 30 also shows by way of example that the transmission housing 41 carries a motor control. This is provided with the reference numeral 65 and arranged on ribs of the transmission housing 41. As a result, the above-described, effective cooling can be maintained, since the air flow between the housing of the engine control unit 65 and the transmission housing 41 is maintained.
Darüber hinaus ist in diesem Ausführungsbeispiel der Freilauf 66 dargestellt. Dieser ist zwischen dem zweiten Planetenträger 35 des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 und der Abtriebshülse 39 angeordnet, so dass der Planetenträger 35 und die Abtriebshülse 39 zur Realisierung des Vortriebs miteinander drehfest gekoppelt sind. Es wird somit die über das Ritzel 14 in das Getriebe 10 eingebrachte Antriebsenergie durch den Freilauf 66 auf die Radnabe 17 übertragen. Der gegensinnige Kraftfluss von der Radnabe 17 über das Getriebe und das Ritzel 14 zum Kurbelantrieb des Fahrrades bei Vorwärtsfahrt desselben wird durch den Freilauf 66 jedoch unterbrochen. Bei Verwendung einer Rücktrittsbremse 46 ist auch diese durch einen Freilauf 75 vom Ritzel 14 zu entkoppeln.
Letztlich ist bei jeder der Ausführungsformen ohne weiteres der Einsatz dieses Freilaufes 66 denkbar und gewünscht. Darüber hinaus ist es ohne weiteres möglich, einen Generator 68 am Getriebegehäuse anzuordnen, der beispielsweise die für Beleuchtungszwecke notwendige Energie liefert. Dessen Stator 69 ist wiederum am Getriebegehäuse 41 angeordnet, der Rotor 70 an einem geeigneten, rotationsbeweglichen Bauteil, beispielsweise an der Abtriebshülse 39 oder der Radnabe 17 (siehe Fig. 30). Im vorliegenden Beispiel ist der Generator 68 außen liegend angeordnet. Eine Anordnung innerhalb des Getriebegehäuses 41 ist ebenso denkbar. In addition, the freewheel 66 is shown in this embodiment. This is arranged between the second planetary carrier 35 of the friction-wheel epicyclic gear 25 and the output sleeve 39, so that the planet carrier 35 and the output sleeve 39 are rotatably coupled together to realize the propulsion. Thus, the drive energy introduced via the pinion 14 into the transmission 10 is transmitted through the freewheel 66 to the wheel hub 17. The opposite power flow from the hub 17 through the gear and the pinion 14 to the crank drive of the bicycle while driving forward is interrupted by the freewheel 66, however. When using a coaster brake 46 and this is to be decoupled by a freewheel 75 from the pinion 14. Ultimately, the use of this freewheel 66 is conceivable and desired in each of the embodiments without further notice. Moreover, it is readily possible to arrange a generator 68 on the gear housing, which supplies, for example, the necessary energy for lighting purposes. Whose stator 69 is in turn arranged on the gear housing 41, the rotor 70 on a suitable rotatably movable component, for example on the output sleeve 39 or the wheel hub 17 (see FIG. 30). In the present example, the generator 68 is arranged on the outside. An arrangement within the transmission housing 41 is also conceivable.
Es besteht die Möglichkeit, einen oder mehrere Drehmomentsensoren im Getriebegehäuse 41 anzuordnen, um Hilfsmotoren 58 und 61 gemäß vorstehender Beschreibung oder Mittel motoren am Kurbelantrieb zu steuern. Im Ausführungsbeispiel wird das Hohlrad 23 über eine geeignete Messeinrichtung mit dem Getriebegehäuse 41 gekoppelt, beispielsweise über eine Messscheibe 71 . Diese erfährt unter Last eine minimale, messbare Torsion, aus welcher sich das Drehmoment ableiten lässt. Hier misst der Sensor folglich das über das Ritzel 14 auf das Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 eingehende Drehmoment. Vorteil bei dieser Anordnung ist, dass das Drehmoment unkompliziert am stehenden Hohlrad 19 erfassbar ist. Ferner lässt sich ein Drehzahlsensor 72 in die Getriebeanordnung integrieren. It is possible to arrange one or more torque sensors in the gear housing 41 to control auxiliary motors 58 and 61 according to the above description or center motors on the crank drive. In the exemplary embodiment, the ring gear 23 is coupled to the transmission housing 41 via a suitable measuring device, for example via a measuring disk 71. This undergoes a minimal, measurable torsion under load, from which the torque can be derived. Here, the sensor thus measures the incoming via the pinion gear 14 to the epicyclic gear 19 torque. The advantage of this arrangement is that the torque can be detected uncomplicated on the stationary ring gear 19. Furthermore, a speed sensor 72 can be integrated into the transmission arrangement.
Insgesamt bietet die Nutzung des Reibrad-Umlaufgetriebs 25 an sich als Hauptgetriebe des Fahrrades nicht nur die Möglichkeit, ein besonderes kompaktes, stufenlos verstellbares Fahrradgetriebe bereitzustellen. Es ermöglicht darüber hinaus auf vorteilhafte Weise die Möglichkeit, durch das vorgeschaltete und somit als Vorgetriebe dienende Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 mit fester Übersetzung das Eingangsdrehmoment wesentlich zu reduzieren.
Die Innensonne 29 des Reibrad-Umlaufgetriebes 25 muss sich nach der Montage des Getriebes 10 einmalig zur Außensonne 26 axial ausrichten können. Um dies zu ermöglichen, ist eine gleichsinnige Axialverschieblichkeit beider Innenlaufringe 30 und des gekoppelten Innenrades 22 erforderlich. Da die Innensonne 29 im ersten Ausführungsbeispiel auf dem Hülsenabschnitt 24 des Innenrades 22 des Zahnrad-Umlaufgetriebes 19 axial fest gelagert ist, ist der Hülsenabschnitt 24 selbst axial gleitend auf der Antriebshülse 13 angeordnet. Im Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 ist die Axialverschieblichkeit zwischen dem Innenrad 22 und den Planeten 21 systemimmanent, weshalb das Zahnrad- Umlaufgetriebe 19 hier bevorzugt als Vorgetriebe bzw. dritte Übersetzung gewählt ist. In Fig. 30 ist mit Bezugsziffer 74 die Bremsscheibe einer Scheibenbremsanlage gezeigt, die alternativ oder ergänzend zur Rücktrittsbremse 46 eingesetzt werden kann. Overall, the use of the friction-wheel epicyclic gearbox 25 as the main transmission of the bicycle not only offers the possibility of providing a special, compact, continuously variable bicycle transmission. It also advantageously makes it possible to substantially reduce the input torque by means of the upstream epicyclic epicyclic gearing 19 with fixed transmission, which is thus used as a forward gearing. The inner sun 29 of the friction-wheel epicyclic gearbox 25 must be able to align axially once after the assembly of the transmission 10 to the outer sun 26. To make this possible, a same axial displacement of both inner race 30 and the coupled inner wheel 22 is required. Since the inner sun 29 is axially fixedly mounted on the sleeve portion 24 of the inner wheel 22 of the epicyclic gear 19 in the first embodiment, the sleeve portion 24 itself is arranged axially slidably on the drive sleeve 13. In the epicyclic gear 19, the Axialverschieblichkeit between the inner wheel 22 and the planet 21 is inherent in the system, which is why the gear epicyclic gear 19 is preferably chosen here as a forward gear or third gear. In Fig. 30, reference numeral 74, the brake disc of a disc brake system is shown, which can be used as an alternative or in addition to the coaster brake 46.
Das schmalbauende Reibrad-Umlaufgetriebe 25 mit seinem konstruktiv bedingten feststehenden Getriebegehäuse 41 ermöglicht es darüber hinaus, eine ganze Reihe zusätzlicher Antriebskomponenten, wie Elektromotor 58, 61 , Generator, eine eventuelle Motorsteuerung 65, den Freilauf 66 sowie eine Rücktrittsbremse 46 zu integrieren. Da diese Antriebseinheit, im Kraftfluss beginnend beim Ritzel 14 bis hin zur im Kraftfluss hinten liegenden Abtriebshülse 39 von der Radnabe 17 entkoppelbar ist, lässt sich gegenüber Getrieben mit rotierendem Getriebegehäuse eine Wartung oder ein Getriebetausch ohne das Entfernen der Radspeichen des Fahrrades besonders einfach realisieren. The narrow-construction friction gear epicyclic gear 25 with its structurally related stationary gear housing 41 also makes it possible to integrate a whole series of additional drive components, such as electric motor 58, 61, generator, a possible motor control 65, the freewheel 66 and a coaster brake 46. Since this drive unit can be decoupled from the wheel hub 17 in the power flow beginning at the pinion 14 as far as the output sleeve 39 located in the power flow, it is particularly easy to realize maintenance or a gear exchange without removing the wheel spokes of the bicycle compared to transmissions with a rotating gearbox.
Das erfindungsgemäße Fahrradgetriebe bildet somit eine hoch integrierte Antriebseinheit bzw. Antriebsanordnung, die inklusive der Radnabe 17 als
Gesamtbaueinheit innerhalb der vorgegebenen Standard-Einbaubreite von 135 mm zwischen den hinteren Aufnahmestützen eines Fahrradrahmens montierbar ist. Lediglich die zur Festlegung des erfindungsgemäßen Getriebes 10 bzw. der durch das Getriebe 10 gebildeten Antriebseinheit notwendige Tragachse 1 1 weist eine die Einbaubreite überschreitende Länge auf, die eine Festlegung am Fahrradrahmen ermöglicht. Diese hoch integrierte Baueinheit in jeder der dargestellten Ausführungsformen ist ohne weiteres an jedem Fahrrad nachrüstbar.
The bicycle transmission according to the invention thus forms a highly integrated drive unit or drive arrangement, including the wheel hub 17 as Total structural unit within the given standard installation width of 135 mm between the rear receiving supports of a bicycle frame is mountable. Only necessary for determining the transmission 10 according to the invention or the drive unit formed by the drive unit 10 supporting axle 1 1 has a width exceeding the installation length, which allows a determination on the bicycle frame. This highly integrated assembly in each of the illustrated embodiments is readily retrofittable to any bicycle.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Fahrradgetriebe 10 bicycle transmissions
1 1 starre Achse 1 1 rigid axis
12 erstes Lager 12 first camp
13 Hülse 13 sleeve
14 Ritzel 14 pinions
15 Ring 15 ring
17 Radnabe 17 wheel hub
18 zweites Lager 18 second camp
19 Zahnrad-Umlaufgetriebe 19 geared epicyclic gear
20 Planetenträger von 19 20 planet carrier of 19
21 Planetenrad, Zahnrad von 1921 planet gear, gear of 19
22 Innenrad von 19 22 inner wheel of 19
23 Hohlrad von 19 23 ring gear of 19
24 Hülsenabschnitt von 22 / Koppelglied 24 sleeve section of 22 / coupling link
25 Reibrad-Umlaufgetriebe 25 friction-wheel epicyclic gearbox
26 Außensonne 26 outside sun
27 Außenlaufring 27 outer race
28 erster Spalt 28 first gap
29 Innensonne 29 indoor sun
30 Innenlaufring 30 inner race
31 zweiter Spalt 31 second gap
32 Drehmomentkupplung 32 torque coupling
33 Koppelring 33 coupling ring
34 Doppel kegelrad 34 double bevel gear
35 zweiter Planetenträger von 25 36 Schwinge 35 second planet carrier of 25 36 swingarm
38 Planetenträgerring
39 Abtriebshülse 38 Planet carrier ring 39 output sleeve
40 Versteileinrichtung von 25 40 adjusting device of 25
41 Getriebegehäuse 41 gearbox housing
42 Drehmomentstütze 42 torque arm
43 drittes Lager 43 third camp
44 viertes Lager 44 fourth camp
45 fünftes Lager 45 fifth camp
46 Rückthttsbremse 46 return brake
47 Rollen 47 rolls
48 Bremsbacken 48 brake shoes
49 Bremsmomentbrücke 49 brake torque bridge
50 Bremsmomentstütze50 brake torque arm
51 Kühlrippen von 39 51 cooling fins of 39
52 Luftzuführöffnung von 17 52 air supply opening of 17
53 Luftschaufeln 53 air blades
54 Luftleitrippen 54 air guide ribs
55 Kreuz / Speichenträger 55 cross / spoke carrier
56 Achse von 34 56 axis of 34
57 Bolzen von 38 57 bolts of 38
58 Elektromotor (Außenläufer) 58 electric motor (external rotor)
59 erster Stator 59 first stator
60 erster Rotor 60 first rotor
61 Elektromotor (Innenläufer) 61 electric motor (inner rotor)
62 zweiter Stator 62 second stator
63 zweiter Rotor 63 second rotor
64 Rotorstütze 64 rotor support
65 Motorsteuerung 65 engine control
66 Freilauf 66 freewheel
67 Tellerfeder 67 plate spring
68 Generator 68 generator
69 Stator von 68 69 Stator of 68
70 Rotor von 68
71 Messscheibe von Drehmonnentsensor70 rotor of 68 71 Measuring disk of torque sensor
72 Drehzahlsensor 72 speed sensor
73 Spreizteil 73 expansion part
74 Bremsscheibe
74 brake disc
Die vorhergehende Beschreibung offenbart im Zusammenhang mit den Figuren 21 bis 30 im Wesentlichen Folgendes: The foregoing description, in connection with FIGS. 21 to 30, essentially discloses the following:
1 . Antriebsanordnung für das Hinterrad eines Fahrrades, 1 . Drive arrangement for the rear wheel of a bicycle,
- mit einer feststehenden Tragachse (1 1 ), - With a fixed support shaft (1 1),
mit einer auf der Tragachse (1 1 ) rotationsbeweglich gelagerten Antriebshülse (13), with a drive sleeve (13) rotatably mounted on the support shaft (1 1),
mit einem drehfest auf der Antriebshülse (13) angeordneten Ritzel (14), mittels dessen eine das Hinterrad antreibende Eingangsrotationsbewegung in die Antriebsanordnung eingebracht wird, mit einem von der Tragachse (1 1 ) gehaltenen, verstellbaren Hauptgetriebe (25), welches die vom Ritzel (14) in die Antriebsanordnung eingebrachte Rotationsbewegung übersetzt, with a rotatably mounted on the drive sleeve (13) arranged pinion (14), by means of which a rear wheel driving input rotation movement is introduced into the drive assembly, with one of the support shaft (1 1) held, adjustable main gear (25), which of the pinion ( 14) translates rotational motion introduced into the drive assembly,
mit einem Getriebegehäuse (41 ), welches von der Tragachse (1 1 ) gehalten ist und das Hauptgetriebe (25) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (41 ) mittels einer Drehmomentstütze (42) am Fahrradrahmen festgelegt und somit rotationsfest angeordnet ist, with a gear housing (41), which is held by the support shaft (11) and surrounds the main gear (25), characterized in that the gear housing (41) is fixed to the bicycle frame by means of a torque support (42) and thus arranged rotationally fixed,
innerhalb des Getriebegehäuses (41 ) ein Vorgetriebe (19) angeordnet ist. within the gear housing (41) a pre-gear (19) is arranged.
2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass 2. Drive arrangement according to claim 1, characterized in that
dem Vorgetriebe (19) das regelbare Hauptgetriebe (25) im Kraftfluss nachgeschaltet ist, the pre-gear (19) the controllable main gear (25) is connected downstream in the power flow,
das Hauptgetriebe (25) im Getriebegehäuse (41 ) angeordnet ist. 3. Antriebsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
dem Hauptgetriebe (25) im Kraftfluss eine Abtriebshülse (39) nachgeordnet ist, the main gear (25) in the transmission housing (41) is arranged. 3. Drive arrangement according to claim 2, characterized in that the main gear (25) in the power flow downstream of a driven sleeve (39) is,
dass die Abtriebshülse (39) zumindest mittelbar von der Tragachse (1 1 ) gehalten ist. the output sleeve (39) is held at least indirectly by the support shaft (11).
4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Aufnahmeraumes der Abtriebshülse (39) eine Rücktrittsbremse (46) angeordnet ist. 5. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebshülse (39) lösbar mit einer Radnabe (17) gekoppelt ist. 4. Drive arrangement according to claim 3, characterized in that within a receiving space of the output sleeve (39) a coaster brake (46) is arranged. 5. Drive arrangement according to claim 3, characterized in that the output sleeve (39) releasably coupled to a wheel hub (17) is coupled.
6. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung einen Elektromotor (61 ) umfasst, dessen Stator (69) außen an dem Getriebegehäuse (41 ) angeordnet ist und dessen Rotor (70) an einem das Getriebegehäuse (41 ) umgebenden Teil der Radnabe (17) befestigt ist. 6. Drive arrangement according to claim 1, characterized in that the drive arrangement comprises an electric motor (61) whose stator (69) is arranged on the outside of the transmission housing (41) and the rotor (70) on a the transmission housing (41) surrounding part of Wheel hub (17) is attached.
7. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung einen Elektromotor (61 ) umfasst, dessen7. Drive arrangement according to claim 1, characterized in that the drive arrangement comprises an electric motor (61) whose
Stator (62) innenumfänglich im Getriebegehäuse (41 ) angeordnet ist, dessen Rotor (63) innerhalb des Getriebegehäuses (41 ) angeordnet ist, die Tragachse (1 1 ) umgibt und zumindest mittelbar mit dem Eingang des Vorgetriebes (19) oder des Hauptgetriebes (25) gekoppelt ist. Stator (62) inside the transmission housing (41) is arranged, whose rotor (63) within the transmission housing (41) is arranged, the support shaft (1 1) surrounds and at least indirectly with the input of the Vorgetriebes (19) or the main transmission (25 ) is coupled.
8. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Getriebegehäuse (41 ) ein Generator (68) angeordnet ist, dessen Stator (69) außenumfänglich vom Getriebegehäuse (41 ) gehalten ist und dessen Rotor (70) von der Nabe (17) getragen ist.
9. Antnebsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (65) für den Elektromotor (61 ) außen am Getriebegehäuse (41 ), oder innerhalb des Getriebegehäuses (41 ) angeordnet ist. 8. Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a generator (68) is arranged on the transmission housing (41) whose stator (69) is held on the outside of the transmission housing (41) and whose rotor (70) from the hub (17 ) is worn. 9. Antnebsanordnung according to any one of claims 6 or 7, characterized in that the control (65) for the electric motor (61) on the outside of the transmission housing (41), or within the transmission housing (41) is arranged.
10. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Freilauf (75) innerhalb des Getriebegehäuses (41 ) zwischen der Rücktrittsbremse (46) und der Antriebshülse (13) angeordnet ist. 10. Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a freewheel (75) within the transmission housing (41) between the coaster brake (46) and the drive sleeve (13) is arranged.
1 1 . Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Versteileinrichtung (40) für das Hauptgetriebe (25) innerhalb des Getriebegehäuses (41 ) angeordnet ist. 12. Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsanordnung in Ihrer Gesamtheit mit Ausnahme der Tragachse (1 1 ) einer durch einen Fahrradrahmen definierten, längsaxial der Tragachse (1 1 ) gemessenen Einbaubreite von maximal 135 Millimetern entspricht oder unterschreitet.
1 1. Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that an adjusting device (40) for the main gear (25) within the gear housing (41) is arranged. 12. Drive arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the drive assembly in its entirety with the exception of the support shaft (1 1) defined by a bicycle frame, longitudinal axis of the support shaft (1 1) measured installation width of 135 millimeters maximum or falls below.
Zusamnnenfassung Zusamnnenfassung
Beschrieben und dargestellt ist eine Antriebsanordnung für das Hinterrad eines Fahrrades mit einer feststehenden Tragachse, mit einer auf der Tragachse rotationsbeweglich gelagerten Antriebshülse, mit einem drehfest auf der Antriebshülse angeordneten Ritzel, mittels dessen eine das Hinterrad antreibende Eingangsrotationsbewegung in die Antriebsanordnung eingebracht wird, mit einem von der Tragachse gehaltenen, verstellbaren Hauptgetriebe, welches die vom Ritzel in die Antriebsanordnung eingebrachte Rotationsbewegung übersetzt, mit einem Getriebegehäuse, welches von der Tragachse gehalten ist und das Hauptgetriebe umgibt, wobei das Getriebegehäuse mittels einer Drehmomentstütze am Fahrradrahmen festgelegt und somit rotationsfest angeordnet ist und innerhalb des Getriebegehäuses ein Vorgetriebe angeordnet ist.
Described and illustrated is a drive arrangement for the rear wheel of a bicycle with a fixed support shaft, with a rotatably mounted on the support shaft drive sleeve with a rotatably mounted on the drive sleeve pinion, by means of which a rear wheel driving input rotational movement is introduced into the drive assembly, with one of the main shaft, which is held by the support shaft and the main gear surrounds, wherein the gear housing is fixed by means of a torque arm on the bicycle frame and thus rotationally fixed and within the Transmission housing a pre-gear is arranged.