DE102004045364B4

DE102004045364B4 - Mehrfachgetriebe für ein Fahrrad

Info

Publication number: DE102004045364B4
Application number: DE102004045364A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Nicolai
Original assignee: Nicolai Karlheinz Dipl-Ing (tu)
Current assignee: Nicolai Karlheinz Dipl-Ing (tu)
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: US20070210552A1; WO2006039880A1; DE102004045364A1; TWI302137B; US7644944B2; TW200616830A

Abstract

Ein Mehrfachgetriebe für ein Fahrrad mit in einem Getriebegehäuse (H) gelagerter Eingangswelle (22) und Ausgangswelle (93), wobei die Eingangswelle (22) zur Aufnahme von Tretkurbeln (5) ausgestaltet ist und mit ihren beiden Enden aus dem Getriebegehäuse (H) herausgeführt und die Ausgangswelle (93) mit einem ihrer Enden aus dem Getriebegehäuse (H) herausgeführt und an diesem Ende zur Aufnahme eines Antriebsritzels (111) ausgestaltet ist, ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet: DOLLAR A a) parallel zwischen der Eingangswelle (22) und der Ausgangswelle (93) ist mindestens eine Zwischenwelle (45) im Getriebegehäuse (H) gelagert, DOLLAR A b) auf der Eingangswelle (22), der mindestens einen Zwischenwelle (44, 45, 62), und der Ausgangswelle (93) sind jeweils mindestens zwei Zahnräder (200, 201; 202, 203; 204, 205) angeordnet, DOLLAR A c) auf mindestens zwei der Wellen (22, 93) sind die darauf angeordneten Zahnräder (200, 201; 204, 205) über Kupplungsmittel (29, 32; 102, 104) drehfest mit der jeweiligen Welle (22, 93) verbindbar, DOLLAR A d) alle Zahnräder (200, 201; 202, 203; 204, 205) sind permanent mit einem anderen Zahnrad in Eingriff.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mehrfachgetriebe für ein Fahrrad mit in einem Getriebegehäuse gelagerter Eingangswelle und Ausgangswelle, wobei die Eingangswelle zur Aufnahme von Tretkurbeln ausgestaltet und mit ihren beiden Enden aus dem Getriebegehäuse herausgeführt ist und die Ausgangswelle mit einem ihrer Enden aus dem Getriebegehäuse herausgeführt und an diesem Ende zur Aufnahme eines Antriebsritzels ausgestaltet ist, mit folgenden Merkmalen:

a) parallel zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle ist mindestens eine Zwischenwelle im Getriebegehäuse gelagert,
b) auf der Eingangswelle, der mindestens einen Zwischenwelle und der Ausgangswelle sind jeweils mindestens zwei Zahnräder angeordnet,
c) auf mindestens zwei der Wellen sind die darauf angeordneten Zahnräder über Kupplungsmittel drehfest mit der jeweiligen Welle verbindbar,
d) alle Zahnräder des Getriebes sind permanent mit einem anderen Zahnrad in Eingriff.

Ein solches Getriebe ist beispielsweise aus der DE 27 39 908 A1 bekannt und für Fahrräder mit Hilfsmotor vorgesehen, bei denen von Pedalbetrieb auf Motorbetrieb und umgekehrt umgeschaltet werden kann. Dabei kann die Laufgeschwindigkeit auf einen niedrigen Gang und einen hohen Gang geschaltet werden. Der Getriebeaufbau lässt bei einer vertretbaren Größe des Getriebes nur eine beschränkte Anzahl von Übersetzungsverhältnissen realisierbar.

Aus der US 5,553,510 A ist ein Getriebe für ein Fahrrad bekannt, bei dem sowohl auf der Eingangswelle als auch auf der Ausgangswelle Zahnräder angeordnet sind, die jeweils über einen Freilauf drehfest mit der jeweiligen Welle verbindbar sind. Zum Schalten des Getriebes sind schwenkbare Verbindungsritzel vorgesehen, die jeweils mit zwei gegenüberliegenden Zahnrädern kämmen können. Ein solches Getriebe ist nicht nur baulich sehr aufwendig gestaltet, sondern auch sehr störungsanfällig, da nicht sichergestellt ist, dass die Zahnräder still stehen, wenn das Kupplungsrad eingekuppelt wird. Laute Schaltgeräusche sind unvermeidbar.

In den vergangenen vierzig Jahren hat sich bei Fahrrädern der Kettenantrieb mit einer Schaltmöglichkeit an der Hinterachse durchgesetzt. Dazu wird am Rahmen, der den tragenden Bestandteil des Fahrrades mit all seinen Aufnahmepunkten für die Vorderradgabel, die Sattelstütze sowie das Hinterrad bildet, ein drehbares Tretlager mit einem oder mehreren Kettenblättern montiert. Auf der Nabe des Hinterrades befindet sich eine aus bis zu zehn verschieden großen Ritzeln bestehende Kassette. An einem Ausfallende, das sich unmittelbar an der Hinterachse befindet, wird ein Schaltwerk angebracht, dessen Aufgabe es ist, die Kette auf den Ritzeln der Kassette zu führen und Schaltvorgänge zu ermöglichen. Durch einen meist am Sitzrohr angebrachten Umwerfer kann am Tretlager zwischen den verschiedenen Kettenblättern gewechselt werden. Durch die Möglichkeit des Schaltens kann der Fahrer die Über setzung seines Antriebes auf die jeweilige Fahrsituation anpassen. Fahrräder mit einem Schaltungssystem wie oben beschrieben, werden im Allgemeinen als Fahrräder mit Kettenschaltung bezeichnet.

Da bei einem Rad mit Kettenschaltung konstruktionsbedingt die Komponenten außen am Rahmen montiert sind, sind sie Umwelteinflüssen besonders stark ausgesetzt. So kommen Schmutz und Wasser ungehindert an Schaltwerk, Kette, Kassette und sonstige Bauteile. Hierdurch verringert sich der zunächst sehr gute Wirkungsgrad einer Kettenschaltung drastisch, so dass ein nicht unerheblicher Teil der Kraft zur Überwindung der Widerstände innerhalb der Schaltung aufgewendet werden muss. Um die Funktion zu gewährleisten ist es erforderlich, dass die Komponenten der Kettenschaltung regelmäßig gewartet werden, das umfasst die Reinigung und das Fetten der Komponenten genauso wie die penible Einstellung. Diese kann sich zum Beispiel bei Stürzen oder Kontakt mit Gegenständen (Steine, Äste etc.) leicht verändern. Da auch bei intensivster Wartung immer kleinste Schmutzpartikel in der Schaltung und insbesondere in den Lagern zurück bleiben, müssen einige Teile regelmäßig ausgetauscht werden. Gerade die verschleißanfälligen Teile wie Kettenblätter und Kette erfordern einen jährlichen Wechsel, mit dem wiederum zusätzliche Kosten verbunden sind. Des Weiteren können Komponenten bei einem Sturz oder einer Berührung mit Steinen oder Ästen beschädigt oder vom Rahmen abgerissen werden.

Alternativ zur „Kettenschaltung" wurde die so genannte „Nabenschaltung" entwickelt, bei der die Schaltvorgänge in einem Getriebe in der Hinterradnabe stattfinden. Die bei der Kettenschaltung benötigten Teile Schaltwerk, Umwerfer und Kassette fallen somit weg. Solche Fahrräder heißen im Allgemeinen Fahrräder mit Nabenschaltung. Eine Nabenschaltung vermeidet also die Nachteile einer Kettenschaltung. Durch das in die Hinterradnabe integrierte Getriebe steigt jedoch das Gewicht des Hinterrades. Insbesondere bei so genannten Mountainbikes, die im Gelände bewegt werden, macht sich eine Erhöhung der Masse am Hinterrad sehr stark bemerkbar. Dies gilt vor allem für solche mit Hinterrad-Federung. Für das Fahrverhalten eines gefederten Rades ist das Verhältnis von gefederter zu ungefederter Masse von entscheidender Bedeutung. Je größer die ungefederter Masse im Verhältnis zur gefederten Masse ist, desto kritischer ist das Fahrverhalten des Rades. Stöße, verursacht durch Fahrbahnunebenheiten, können bei hoher ungefederter Masse (schweres Hinterrad) nicht optimal vom Fahrwerk abgefangen werden.

Bei dem in der DE 103 39 207 A1 beschriebenen Fahrrad befindet sich das Getriebe innerhalb des Fahrradrahmens. Das Tretlagergehäuse des klassischen Fahrradrahmens fällt weg und wird durch ein Getriebegehäuse ersetzt. Hierbei handelt es sich um ein gemeinsames Gehäuse für Getriebe und Tretlager. Ähnlich den Fahrrädern mit Getriebenabe wird die Kraft über eine Kette oder einen Zahnriemen zum Hinterrad übertragen, die Kette und die Hinterradnabe haben bei diesem System keine Schaltfunktion. So kann man die Hinterradnabe sehr leicht bauen, was eine leistungsfähigere Hinterrad-Federung zur Folge hat. Hinzu kommt, dass sich der Schwerpunkt in die Mitte des Rades, direkt unter den Fahrer, verlagert was ein agileres und kontrollierteres Fahrverhalten zur Folge hat. Des Weiteren lässt sich mit Hilfe des in dem Rahmen integrierten Getriebes die so genannte „Plattformstrategie" einsetzen. War es im Fahrradbau bisher üblich, zunächst einen Rahmen zu bauen und diesen dann nachträglich mit seinen Komponenten auszurüsten, ist es mit dem Konzept des im Rahmen integrierten Getriebes möglich, die aus dem Automobilbau bekannte Plattformstrategie in der Fahrradherstellung einzusetzen. In dem Getriebegehäuse als Plattform werden zum Beispiel Komponenten wie Schaltung, Federung, die komplette Kraftübertragung, aber auch Bremsen, Dynamo und Beleuchtung fest angebracht. An dem so ausgerüsteten Getriebe werden dann die kundenspezifischen Teile montiert, die das Fahrrad nach Kundenwunsch vervollständigen. Das Getriebe besteht aus einem Planetengetriebe und einem Primärantrieb. Der Primärantrieb ist notwendig, weil das für den Einsatz in einer Getriebenabe entwickelte Planetengetriebe den hohen im Tretlager wirkenden Momenten nicht standhält. Das Planetengetriebe wird durch den Primärantrieb auf eine höhere Drehzahl gebracht, um den wirkenden Kräften standzuhalten. Durch diese Konstruktion sinkt jedoch der Wirkungsgrad des Antriebs.

Von dieser Problemstellung ausgehend soll das eingangs beschriebene Mehrfachgetriebe verbessert werden.

Zur Problemlösung ist ein gattungsgemäßes Mehrfachgetriebe dadurch gekennzeichnet, dass

e) während mindestens eines Schaltvorganges sich der Zustand von mindestens zwei Kupplungsmitteln gleichzeitig ändert, und
f) jeweils eines der Zahnräder mittels eines Freilaufs und das jeweils andere der Zahnräder mittels einer schaltbaren Kupplung drehfest mit der jeweiligen Welle verbindbar ist.

Dadurch, dass alle Zahnräder permanent mit einem anderen Zahnrad und mit der jeweiligen Welle in Verbindung stehen und mit der Eingangswelle und der Ausgangswelle immer ein Zahnrad drehfest mit verbunden ist, ist es ausgeschlossen, dass durch einen Schaltfehler versehentlich eine Leerlaufstellung des Getriebes geschaltet wird, wodurch Verletzungen des Radfahrers, wie sie durch plötzliches „ins Leere" treten entstehen können, völlig ausgeschlossen sind. Da für einen Gangwechsel keine Zahnräder verschoben werden müssen, sind nicht nur Schaltgeräusche, sondern auch Beschädigungen der Zähne ausgeschlossen.

Die Kupplungsmittel können Freiläufe und/oder von außen ansteuerbare Schaltkupplungen sein.

Da jeweils eines der Zahnräder mittels eines Freilaufes und das jeweils andere der Zahnräder mittels der schaltbaren Kupplung drehfest mit der jeweiligen Welle verbindbar ist, ist sichergestellt, dass sowohl die Eingangswelle als auch die Ausgangswelle kraftschlüssig mit einem Zahnrad verbunden sind.

Wenn die Zahnräder auf der Eingangswelle und die Zahnräder auf der Ausgangswelle drehfest mit diesen verbindbar sind, können die auf der Zwischenwelle angeordneten Zahnräder fest (starr) mit dieser verbunden werden, wodurch die Herstellkosten reduziert sind.

Es können mehrere parallele Zwischenwellen im Getriebegehäuse gelagert sein, wenn eine Vielzahl von Gängen und/oder eine möglichst geringe Abstufung des Getriebes gewünscht wird.

Um das Gewicht des Mehrfachgetriebes möglichst niedrig zu halten, sind die Wellen hohl ausgebildet. Die Zahnräder können zur Gewichtsreduzierung gelocht sein.

Die schaltbare Kupplung weist vorzugsweise eine Innenverzahnung und eine Stirnverzahnung auf, über die die drehfeste Verbindung zwischen der Welle und dem zugeordneten Zahnrad hergestellt wird.

Die Kupplung kann auf der Welle axial verschiebbar angeordnet sein. Vorzugsweise ist sie mit zwei axial wirkenden Lagern verbunden und die Lager sind fest oder über eine Feder mit einem Schaltfinger verbunden. Der Schaltfinger kann ständig in Kontakt mit einer Schaltkulisse stehen und drehbar gelagert sein.

Vorzugsweise wird der Schaltfinger auch in axialer Richtung geführt.

Zur Vereinfachung des Aufbaues ist die Schaltkulisse der Kupplung auf einem drehbaren rotationssymmetrischen Schaltkulissenkörper angeordnet. Der Schaltkulissenkörper weist auf seiner Stirn- oder Mantelfläche Erhöhungen und Vertiefungen auf. Vorzugsweise verläuft die Drehachse des Schaltkulissenkörpers parallel oder im rechten Winkel zu den Drehachsen der Wellen.

Mehrere Schaltkulissen können drehbar miteinander verbunden sein, wobei die Verbindung über Zahnräder erfolgen kann. Dadurch können die Schaltkulissen gleichzeitig mit mehr als einer Kupplung verbunden sein und mehrere Axialbewegungen gleichzeitig ausführen.

Die Position des Schaltfingers gegenüber der Kupplung ist vorzugsweise variierbar. Die drehbare Lagerung des Schaltkulissenkörpers erfolgt am oder im Getriebe.

Wenn A die Anzahl der Wellen darstellt, dann weisen mindestens A + 1 Zahnräder eine Stirnverzahnung auf. Die Stirnverzahnung ist vorzugsweise im Profilschnitt sägezahnförmig.

Mindestens zwei Wellen sind mit einer Außenverzahnung versehen, auf die die Bauelemente aufgeschoben werden können.

Vorteilhaft ist es, wenn die Kupplung über eine Feder immer in einem axialen Zustand gehalten wird. Zur Reduzierung der Reibung und Verbesserung der Führung ist die axiale Bewegung des Schaltfingers vorzugsweise über ein Linearkugellager geführt.

Die Zahnräder können vorzugsweise mehrteilig ausgebildet sein, wobei ringförmige Stirnverzahnungen auf den Grundkörper aufbringbar sind.

Zur Vermeidung einer Zerstörung ist vorzugsweise vor dem Antriebsritzel eine Überlastsicherung im Getriebe angeordnet.

Eine besonders kompakte Bauform des Getriebes ist möglich, wenn die Drehachsen der Wellen in mindestens zwei verschiedenen Ebenen liegen.

In einer Ausgestaltungsform besitzen mindestens zwei Zahnräder dieselbe Drehachse und sind immer miteinander verbunden.

Wenn mehrere Schaltkulissenkörper vorgesehen sind, wird deren Drehbewegung vorzugsweise über eine separate Verbindungswelle angesteuert. Die Drehwinkelstellung mehrerer Schaltkulissenkörper zueinander ist vorzugsweise über Klemmbauteile einstellbar.

Mit Hilfe einer Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:
1 ein Fahrrad mit einem im Rahmen integrierten Mehrfachgetriebe;
2a Teile des Mehrfachgetriebes in Explosionsdarstellung;
2b das zusammengesetzte Getriebe mit dem Getriebegehäuse in Explosionsdarstellung;
2c das Mehrfachgetriebe in seinem Gehäuse in perspektivischer Darstellung;
3a verschiedene Baugruppen des Mehrfachgetriebes in ihrer Anordnung in perspektivischer Ansicht;
3b verschiedene Baugruppen des Mehrfachgetriebes in ihrer Anordnung in Explosionsdarstellung;
4a die Tretlagerwellenbaugruppe in perspektivischer Ansicht;
4b die Tretlagerwellenbaugruppe in Explosionsdarstellung;
5a die Mittelwellenbaugruppe in perspektivischer Ansicht;
5b die Mittelwellenbaugruppe in Explosionsdarstellung;
6a die Verbindungswellenbaugruppe in perspektivischer Ansicht;
6b die Verbindungswellenbaugruppe in Explosionsdarstellung;
7a die Antriebswellenbaugruppe in perspektivischer Ansicht;
7b die Antriebswellenbaugruppe in Explosionsdarstellung;
8 die Kupplungsbaugruppe in Explosionsdarstellung;
9 die Schaltfingerbaugruppe in Explosionsdarstellung;
10 die mechanische Ansteuerungseinheit der Kupplungsbaugruppe nach 8
11a eine erste Kupplungsposition eingekuppelt;
11b eine zweite Kupplungsposition ausgekuppelt;
12a den Aufbau der Verbindungswellenbaugruppe in perspektivischer Darstellung;
12b den Aufbau der Verbindungswellenbaugruppe in Explosionsdarstellung;
13 den Aufbau der Hauptschaltachsenbaugruppe in perspektivischer Darstellung;
14 die Anordnung der Schaltkulissenkörper gemäß 11 und ihrer Ansteuerung über die Verbindungswellenbaugruppe nach 12 und die Hauptschaltachsenbaugruppe nach 13.
15 die Lage der Schaltfingerbaugruppen nach 9 und der Ansteuerungseinheit gemäß 10 sowie ihrer Führungsachsen innerhalb des Gehäuses in Explosionsdarstellung.
16 die Positionierung der Schaltkulissenkörper nach 10, der Verbindungswellenbaugruppe gemäß 12 sowie der Hauptschaltachsenbaugruppe nach 13 in Explosionsdarstellung;
17 einen Schalt-Drehgriff in Explosionsdarstellung;
18 die Konzeptskizze eines 4-Gang-Getriebes im Schnitt;
19 die Konzeptskizze eines 15-Gang-Getriebes im Schnitt.
1 zeigt die Seitenansicht eines Fahrrades, in dessen Rahmen 1 das Mehrfachgetriebe 4 mit den Tretkurbeln 5 integriert ist. Über ein Gelenk 2a und ein Feder-Dämpfer-Element 3 ist am Rahmen 1 eine Hinderradschwinge 2 angeordnet. Das Getriebe ist in einem mehrteiligen Gehäuse H untergebracht, das, wie 2a zeigt, tragende Gehäuseteile 9, 10, 11, 12, 13 aufweist, denen die Funktion der Lagerabstützung und Positionsfestlegung der Wellen und Achsen des Getriebes zukommt, und aus Deckeln 6, 7, 8 besteht, die das Gehäuse H nach außen abdecken. Zur Befestigung der Lager der Getriebewellen sind Schraubdeckel 14, 15 vorgesehen. Über die Deckel 7, 8 ist das Getriebe H mit dem Rahmen 1 verbunden. Wenn das Gehäuse H vollständig geschlossen und abgedichtet ist, kann zur Reibungsminimierung Öl eingefüllt werden.
Anhand der 18 und 19 soll zunächst die Funktionsweise des Getriebes erläutert werden, bevor der Getriebeaufbau detailliert beschrieben wird.
Das 4-Gang-Getriebe besteht aus der Eingangswelle 22, der Zwischenwelle 45 und der mit einem Antriebsritzel 111 versehenen Ausgangswelle 93. Über einen Ritzelhalter 112 ist das Antriebsritzel 111 auf der Ausgangswelle 93 befestigt. Die Eingangswelle 22 ist beidseitig aus dem Gehäuse H herausgeführt und an ihren Enden mit Tretkurbeln 5 versehen. Die Antriebswelle 22 weist zwei Zahnräder 200, 201 und die Ausgangswelle 93 zwei Zahnräder 204, 205 auf. Die Zwischenwelle 45 ist eintei lig mit zwei Zahnrädern 202, 203 versehen. Die Lagerung der Wellen 22, 45, 93 erfolgt über Wälzlager 27 im Gehäuse H.
Das über die Tretkurbeln 5 eingeleitete Drehmoment wird von der Eingangswelle 22 über eine Zwischenwelle 45 auf die Ausgangswelle 93 übertragen. Von der Ausgangswelle 93 wird das Drehmoment über ein Antriebsritzel 111 und eine hier nicht dargestellte Kette zum Hinderrad HR übertragen. Die Übertragung des Momentes zwischen den Wellen 42, 43, 45 erfolgt über die Zahnräder 200, 201, die fest miteinander verbundenen Zahnräder 202, 203 und die Zahnräder 204, 205. Geschaltet wird das Getriebe über zwei von außen ansteuerbare Kupplungen 32, 104, und zwei Freiläufe 29, 102. Die Kupplung 32 und der Freilauf 29 wirken mit den auf der Eingangswelle 22 drehbar gelagerten Zahnrädern 200, 201 zusammen und die Kupplung 104 und die Freilauf 102 wirken mit den drehbar auf der Ausgangswelle 93 angeordneten Zahnrädern 204, 205 zusammen. Um die Reibung möglichst niedrig zu halten, wenn die Zahnräder 200, 201, 204, 205 nicht drehfest mit der Welle 22, 93 geschaltet sind, erfolgt die Lagerung vorzugsweise über Kugel- oder Nadellager. In axialer Richtung sind die Zahnräder 200, 201, 204, 205 gegen Verschieben gesichert. Über die Kupplungen 32 und 104 können die Zahnräder 200 und 205 drehfest mit der Eingangswelle 22 bzw. der Ausgangswelle 93 verbunden werden. Die drehfeste Verbindung der Zahnräder 201 und 204 mit der Eingangswelle 22 bzw. der Ausgangswelle 93 erfolgt über die Freiläufe 29 und 202. Die Außenteile der Freiläufe 29, 102 sind mit den Zahnrädern 201, 204 und die Innenteile mit den Wellen 22, 93 verbunden. Wenn die Zahnräder 201, 204 schneller in dieselbe Richtung drehen wie die Welle 22, 93, dreht der Freilauf bei einer Momentübertragung von der Welle 22, 93 auf das jeweilige Zahnrad 201, 204 frei und ohne Last. Bei einer Momentübertragung vom Zahnrad 201, 204 auf die Welle 22, 93 laufen die Freiläufe 29, 102 dann frei, wenn sich das Zahnrad 201, 102 langsamer dreht als die Welle 22, 93. Die Freiläufe 29, 102 sind mittels Passfedern oder einer Verzahnung auf den Wellen 22, 93 befestigt.
Um eine parallele Anordnung der Wellen 22, 45, 93, zu gewährleisten, muss die Summe der Zähne zweier ineinander greifender, sich gegenüberstehender Zahnrä der zweier Wellen immer gleich sein. Des Weiteren müssen die Zahnräder 200, 201, 202, 203, 204, 205 so gewählt werden, dass eine möglichst gleichmäßige Abstufung der einzelnen Gänge vorhanden ist. In der beispielhaften Anordnung des Getriebes befinden sich auf der Eingangswelle 22 die Zahnräder 200, 201 mit 36 und 30 Zähnen, auf der Zwischenwelle 45 die Zahnräder 202, 203 mit 30 und 36 Zähnen und auf der Ausgangswelle die Zahnräder 204, 205 mit 17 und 11 Zähnen. Die Festlegung, welches der Zahnräder einer Welle 22, 93 über eine Kupplung 32, 104 oder einen Freilauf 29, 102 zur Welle 22, 93 drehfest gekoppelt wird, ist abhängig vom Drehgeschwindigkeitsunterschied der Zahnräder auf einer Welle und der Richtung der Drehmomentübertragung, d. h., ob das Moment vom Zahnrad auf die Welle oder von der Welle auf das Zahnrad übertragen wird. An der Eingangswelle 22 erfolgt die Drehmomentübertragung von der Welle 22 auf die Zahnräder 200, 201. Der äußere Teil des Freilaufes 29 muss sich, wenn der Freilauf 29 ausgekuppelt ist, schneller drehen als der innere Teil, der auf der Welle 22 befestigt ist. Durch die Übersetzung von 36 zu 30 Zähnen von der Eingangswelle 22 auf die Zwischenwelle 45 und von 36 zu 30 Zähnen von der Zwischenwelle 45 zurück zur Eingangswelle 22 dreht sich das Zahnrad 201 schneller als die Eingangswelle 22. So wird kein Drehmoment vom Zahnrad 201 auf die Welle 22 übertragen. Ist die Kupplung 32 ausgekuppelt, versuchen die Zahnräder 200 und 201 stehen zu bleiben. Dadurch dreht sich das Zahnrad 201 langsamer als die Welle 22 und der Freilauf 29 kuppelt ein. Auf der Ausgangswelle 93 erfolgt die Drehmomentübertragung umgekehrt vom Zahnrad auf die Welle. Durch die Anordnung des Freilaufes 102 an dem Zahnrad 204 soll sich der äußere Teil des Freilaufes 102 langsamer drehen als der auf der Welle 93 befestigte innere Teil. Ist die Kupplung 104 am Zahnrad 205 eingekuppelt, überträgt sich das Moment von der Zwischenwelle 45 mit einer Übersetzung von 36 zu 11 Zähnen auf die Ausgangswelle 93. Das Zahnrad 204 wird von der Zwischenwelle 45 im Verhältnis 17:30 angetrieben und dreht sich so langsamer als die Ausgangswelle 93. Dadurch wird kein Moment von der Zwischenwelle 45 über das Zahnrad 204 auf die Abtriebswelle 93 übertragen. Der Freilauf 102 wird ausgekuppelt. Ist die Kupplung 104 ausgekuppelt, versucht die Welle 93 stehen zu bleiben und die Drehmomentübertragung erfolgt dann automatisch über den Freilauf 102, da sich nun das Zahnrad 204 schneller dreht als die Welle 93. Die Kupplungsmittel 29, 32; 102, 104 sind innerhalb des Ge triebes (in Fahrtrichtung F betrachtet) links vom Zahnrad 200, 201, 204, 205 angeordnet, so dass die Ansteuerung der Kupplungen 32, 104 von einer Außenseite des Gehäuse H aus erfolgen kann. Beachtet werden muss, dass bei den Schaltvorgängen unter Umständen mehr als eine Kupplung gleichzeitig bedient werden muss. Dies hat zur Folge, dass ein zeitsynchrones Ein- bzw. Auskuppeln nötig ist.
Es resultieren aus dieser Anordnung der Zahnräder 200, 201, 202, 203, 204, 205 folgende vier Gänge:
1. Gang
Beide Kupplungen 32, 104 sind ausgekuppelt und beide Freiläufe 32, 102 übertragen das Drehmoment über die Zahnräder 201, 203 auf die Zwischenwelle 45 und von dort über die Zahnräder 202, 204 auf die Ausgangswelle 93. Die Übersetzung beträgt 1,47 ins Schnelle.
2. Gang
Die Kupplung 32 auf der Eingangswelle 22 ist eingekuppelt und die Kupplung 104 auf der Ausgangswelle 93 ausgekuppelt. Die Übertragung des Drehmomentes erfolgt über die Zahnräder 200, 202 auf die Zwischenwelle 45 und von dort über die Zahnräder 202, 204 auf die Ausgangswelle 93. Hieraus resultiert eine Übersetzung von 2,12 ins Schnelle.
3. Gang
Die Kupplung 32 auf der Eingangswelle 22 ist ausgekuppelt und die Kupplung 104 auf der Ausgangswelle 93 eingekuppelt. Das Moment wird über die Zahnräder 201, 203 auf die Zwischenwelle 45 und von dort über die Zahnräder 203, 205 auf die Ausgangswelle übertragen. Die Übersetzung beträgt 2,73 ins Schnelle.
4. Gang
Beide Kupplungen 32, 104 sind eingekuppelt. Die Drehmomentübertragung erfolgt über die Zahnräder 200, 202 auf die Zwischenwelle 45 und von dort über die Zahnräder 203, 205 auf die Ausgangswelle 93. Die Übersetzung beträgt 3,93 ins Schnelle.
Dieses 4-Gang-Getriebe bietet eine gute Übersetzungsbandbreite. Die einzelnen Abstufungen zwischen den Gängen sind aber sehr grob und deswegen nur für sehr einfache Fahrradtypen geeignet. Um eine höhere Anzahl an Gängen bei gleicher Übersetzungsbandbreite und dadurch eine feinere Abstufung zu erreichen, bietet sich ein erweitertes 4-Gang-Getriebe an. Eine Möglichkeit, dieses zu realisieren, besteht darin, zwei an sich identisch aufgebaute 4-Gang-Getriebe in Reihe zu schalten, wodurch sich 16 theoretisch mögliche Schaltkombinationen ergeben. Damit für den Fahrradfahrer zwischen den benachbarten Gängen keine großen Trittfrequenzunterschiede spürbar sind, die zu einem Verlust an Fahrkomfort und Beschleunigungsvermögen führen können, müssen die 16-Gänge in ihrer Größe und Abstufung sinnvoll gewählt werden. Die Übersetzungssprünge zwischen den einzelnen Gängen sollten nicht zu groß und relativ gleichmäßig sein. Die Übersetzungsbreite sollte ungefähr der einer handelsüblichen Kettenschaltung entsprechen.
Mit Hilfe von 19 soll ein 16-Gang-Getriebe erläutert werden, bei dem sich jedoch von den möglichen 16 Gängen nur 15 sinnvolle ergeben, so dass besser von einem 15-Gang-Getriebe gesprochen wird. Die Anordnung der Freiläufe und Kupplungen in diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist identisch zu dem in 18 gezeigten. Identische bzw. gleich wirkende Bauteile sind deshalb mit denselben Positionsziffern versehen. Geschaltet wird das Getriebe über vier Kupplungen 32, 69, 70, 104 und 4 Freiläufe 29, 83, 84, 102. Die Zahnräder 202, 203 und 40, 401 der Zwischenwellen 44 und 45 sind einteilig mit den Wellen ausgebildet.
Die Gänge werden, wie folgt, realisiert:
1. Gang
Die Kupplungen 32, 69, 70 und 103 sind alle ausgekuppelt. Das Moment verläuft vom Zahnrad 201 auf das Zahnrad 203, dann vom Zahnrad 202 auf das Zahnrad 79 auf die Zwischenwelle 62 und von hier über das Zahnrad 80 auf das Zahnrad 41 der Zwischenwelle 44 und hier über das Zahnrad 40 auf das Zahnrad 204 der Ausgangswelle. Es resultiert eine Übersetzung mit dem Verhältnis 0,47.
2. Gang
Die Kupplung 32 ist eingekuppelt, die Kupplung 69 ist ausgekuppelt, die Kupplung 70 ist ausgekuppelt, und die Kupplung 104 ist ausgekuppelt. Das Moment verläuft vom Zahnrad 200 auf das Zahnrad 202 der Zwischenwelle 45, von hier über das Zahnrad 202 auf das Zahnrad 79 der Zwischenwelle 42 und über das Zahnrad 80 auf das Zahnrad 41 der Zwischenwelle 44 und von hier über das Zahnrad 40 auf das Zahnrad 31 der Ausgangswelle 93. Hieraus resultiert eine Übersetzung mit dem Verhältnis 0,67.
3. Gang
Im 3. Gang ist die Kupplung 32 ausgekuppelt, die Kupplung 69 eingekuppelt, die Kupplung 70 ausgekuppelt, und die Kupplung 104 eingekuppelt. Das Moment verläuft vom Zahnrad 201 auf das Zahnrad 203 der Zwischenwelle 45, von hier auf das Zahnrad 71 der Zwischenwelle 62, dann über die Zahnräder 80 und 41 auf die Zwischenwelle 44 und von hier über die Zahnräder 40, 204 auf die Ausgangswelle 93. Hieraus resultiert eine Übersetzung mit dem Verhältnis 0,77.
4. Gang
Im 4. Gang ist die Kupplung 32 ausgekuppelt, die Kupplung 69 ausgekuppelt, die Kupplung 70 ausgekuppelt, und die Kupplung 104 ist eingekuppelt. Das Moment verläuft vom Zahnrad 201 auf das Zahnrad 203 der Zwischenwelle 45, von hier über das Zahnrad 42 auf das Zahnrad 79 der Zwischenwelle 62, dann über die Zahnräder 80, 41 auf die Zwischenwelle 44 und von hier über die Zahnräder 41, 205 auf die Ausgangswelle 93. Hieraus resultiert eine Übersetzung mit dem Verhältnis 0,88.
5. Gang
Im 5. Gang sind die Kupplungen 32 und 69 ausgekuppelt, die Kupplung 70 ist eingekuppelt, und die Kupplung 104 ist ausgekuppelt. Das Moment verläuft über die Zahnräder 201, 203 auf die Zwischenwelle 45, dann über die Zahnräder 202, 79 auf die Zwischenwelle 62, von hier über die Zahnräder 72, 40 auf die Zwischenwelle 44 und dann über die Zahnräder 40, 31 auf die Ausgangswelle 93. Hieraus resultiert ein Übersetzungsverhältnis von 0,99.
6. Gang
Im 6. Gang sind die Kupplungen 201 und 69 eingekuppelt und die Kupplungen 70 und 104 ausgekuppelt. Das Moment verläuft über die Zahnräder 200, 202 auf die Zwischenwelle 45, dann über die Zahnräder 203, 71 auf die Zwischenwelle 62, von hier über die Zahnräder 80, 41 auf die Zwischenwelle 44 und dann über die Zahnräder 40, 204 auf die Ausgangswelle 93. Hieraus resultiert eine Übersetzung mit dem Verhältnis 1,10.
7. Gang
Im 7. Gang ist die Kupplung 32 eingekuppelt, die Kupplung 69 ausgekuppelt, die Kupplung 70 ausgekuppelt und die Kupplung 104 eingekuppelt. Das Moment verläuft über die Zahnräder 201, 203 auf die Zwischenwelle 45, von hier über die Zahnräder 202, 79 auf die Zwischenwelle 32, dann über die Zahnräder 80, 41 auf die Zwischenwelle 44 und von hier über die Zahnräder 41, 205 auf die Ausgangswelle 93. Hieraus resultiert eine Übersetzung mit dem Verhältnis 1,25.
8. Gang
Für den 8. Gang ist die Kupplung 32 ausgekuppelt, die Kupplung 69 eingekuppelt, die Kupplung 70 ausgekuppelt und die Kupplung 104 eingekuppelt. Das Moment verläuft über die Zahnräder 201, 203 auf die Zwischenwelle 45, von hier über die Zahnräder 203, 71 auf die Zwischenwelle 62, über die Zahnräder 80, 41 auf die Zwischenwelle 44 und von hier über die Zahnräder 41, 205 auf die Ausgangswelle 93. Hieraus resultiert eine Übersetzung mit dem Verhältnis 1,44.
9. Gang
Im 9. Gang ist die Kupplung 32 ausgekuppelt, die Kupplung 69 eingekuppelt, die Kupplung 70 eingekuppelt und die Kupplung 104 ausgekuppelt. Das Drehmoment verläuft über die Zahnräder 200, 202 auf die Zwischenwelle 45, von hier über die Zahnräder 203, 71 auf die Zwischenwelle 62, dann über die Zahnräder 72, 40 auf die Zwischenwelle 44 und von hier über die Zahnräder 40, 31 auf die Ausgangswelle 93. Hieraus resultiert eine Übersetzung mit dem Verhältnis 1,63.
10. Gang
Im 10. Gang ist die Kupplung 29 ausgekuppelt, die Kupplung 69 ausgekuppelt, die Kupplung 70 eingekuppelt und die Kupplung 205 eingekuppelt. Das Moment verläuft über die Zahnräder 201, 203 auf die Zwischenwelle 45, von hier über die Zahnräder 202, 79 auf die Zwischenwelle 62, dann über die Zahnräder 72, 40 auf die Zwischenwelle 44 und von hier über die Zahnräder 41, 205 auf die Ausgangswelle 93. Hieraus resultiert eine Übersetzung mit dem Verhältnis 1,84.
11. Gang
Im 11. Gang ist die Kupplung 32 eingekuppelt, die Kupplung 69 eingekuppelt, die Kupplung 70 ausgekuppelt und die Kupplung 104 eingekuppelt. Das Moment verläuft über die Zahnräder 201, 203 auf die Zwischenwelle 45, dann über die Zahnräder 203, 71 auf die Zwischenwelle 62, von hier über die Zahnräder 80, 41 auf die Zwischenwelle 44 und dann über die Zahnräder 41, 205 auf die Ausgangswelle 93. Das Übersetzungsverhältnis beträgt hier 2,06.
12. Gang
Im 12. Gang ist die Kupplung 32 eingekuppelt, die Kupplung 69 eingekuppelt, die Kupplung 70 eingekuppelt und die Kupplung 205 ausgekuppelt. Das Moment verläuft über die Zahnräder 200, 202 auf die Zwischenwelle 45, dann über die Zahnräder 203, 71 auf die Zwischenwelle 62, von hier über die Zahnräder 72, 40 auf die Zwischenwelle 44 und dann über die Zahnräder 40, 31 auf die Ausgangswelle 93. Hieraus resultiert ein Übersetzungsverhältnis von 2,32.
13. Gang
Im 13. Gang ist die Kupplung 32 eingekuppelt, die Kupplung 69 ausgekuppelt, die Kupplung 70 eingekuppelt und die Kupplung 104 eingekuppelt. Das Moment verläuft über die Zahnräder 200, 202 auf die Zwischenwelle 45, dann über die Zahnräder 202, 79 auf die Zwischenwelle 62, von hier über die Zahnräder 72, 40 auf die Zwi schenwelle 44 und dann über die Zahnräder 41, 205 auf die Ausgangswelle 93. Das Übersetzungsverhältnis beträgt 2,63.
14. Gang
Im 14. Gang ist die Kupplung 32 ausgekuppelt, die Kupplung 69 eingekuppelt, die Kupplung 70 eingekuppelt und die Kupplung 104 eingekuppelt. Der Drehmomentverlauf erfolgt über die Zahnräder 201, 203 auf die Zwischenwelle 45, von hier über die Zahnräder 203, 71 auf die Zwischenwelle 62, dann über die Zahnräder 72, 40 auf die Zwischenwelle 44 und über die Zahnräder 40, 31 auf die Ausgangswelle 93. Hieraus resultiert ein Übersetzungsverhältnis von 3,30.
15. Gang
Im 15. Gang sind alle Kupplungen 32, 69, 70, 104 eingekuppelt. Das Moment verläuft über die Zahnräder 200, 202 auf die Zwischenwelle 45, dann über die Zahnräder 203, 71 auf die Zwischenwelle 62, von hier über die Zahnräder 72, 40 auf die Zwischenwelle 44 und abschließend über die Zahnräder 41, 205 auf die Ausgangswelle 93. Hieraus resultiert ein Übersetzungsverhältnis von 4,32.
Grundsätzlich erfolgt die Drehmomentübertragung immer über den Freilauf des Partnerzahnrades, wenn eine Kupplung ausgekuppelt ist. Um eine sinnvolle Übersetzungsbandbreite zu erreichen, müssen in den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen die Übersetzungen noch erhöht werden. Dies erfolgt durch das Übersetzungsverhältnis vom Antriebsritzel 111 zum Ritzel 63 am Hinterrad HR. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Antriebsritzel 111, 22 und das Ritzel 63 am Hinterrad HR 16 Zähne auf, wodurch eine Übersetzung mit dem Faktor 1,375 entsteht. Die nun entstandene Gesamtübersetzung mit ihren Sprüngen lässt sich aus folgender Tabelle entnehmen:
Die Berechnung der Sprünge erfolgt folgendermaßen:
N sei ein beliebiger Gang zwischen 1 und 14. Die Übersetzung des Ganges N + 1 wird durch die Übersetzung des Ganges N dividiert. Von dem Quotienten wird 1 subtrahiert und das Ergebnis mit 100 multipliziert. Das Ergebnis ist der Sprung zwischen den Gängen N und N + 1 in %. Die Gesamtübersetzung errechnet sich aus dem Quotienten des letzten und des ersten Ganges.
Nachfolgend soll der Aufbau des Getriebes detaillierter beschrieben werden:
In 3 sind allein die vier Wellen-Baugruppen, die Tretkurbeln 5 und ihre Position innerhalb des Gehäuses dargestellt. Mit den Tretkurbeln 5 verbunden ist die Tretlagerwellenbaugruppe 16 mit der Eingangswelle 22, über die das Moment in das Getriebe eingeleitet wird. Zur Momentübertragung dient die Mittelwellenbaugruppe 17 mit den hier nicht sichtbaren Zwischenwellen 45 und 44. Das Moment wird von der Tretlagerwellenbaugruppe 16 über die Mittelwellenbaugruppe 17 auf die Verbindungswellenbaugruppe 18 übertragen, die wiederum das Moment zurück auf die Mittelwellenbaugruppe 17 überträgt, welche das Moment auf die Abtriebswellenbaugruppe 19 weiterleitet.
Die in 4a und 4b dargestellte Tretlagerwellenbaugruppe 16 ist in den Gehäuseteilen 9 und 10 (10) über die Kugellager 20, 21 gelagert. Diese sitzen auf der Eingangswelle 22. Die Abdichtung erfolgt über zwei auf den Passhülsen 23, 24 liegenden Wellendichtringen 25, 26. Um die Zahnräder 27, 28 verdrehfest mit der Tretlagerwelle 22 zu verbinden, ist das Zahnrad 201 mit dem Freilauf 29 verbunden. Der innere Teil des Freilaufs 29 ist verdrehfest mit der Eingangswelle 22 verbunden. Der äußere Teil ist verdrehfest mit dem Zahnrad 201 verbunden. Das Zahnrad 27 ist fest mit einer Kupplung 30 verbunden und über das Nadellager 31 auf der Eingangswelle 22 gelagert. Um eine verdrehfeste Verbindung zwischen der Eingangswelle 22 und dem Zahnrad 200 herstellen zu können, ist die Kupplung 32 verdrehfest aber axial verschiebbar auf der Eingangswelle 22 aufgebracht. Zwischen dem Freilauf 29 und der Kupplung 32 befindet sich eine Anlaufscheibe 33. Um ein unabhängiges Drehen beider Zahnräder 200 und 201 zu gewährleisten, ist zwischen ihnen eine Passscheibe 34 und ein Axialnadellager 35 mit zwei Anlaufscheiben 36 und 37 angebracht. Um ein unabhängiges Arbeiten des Freilaufes 29 und des Kugellagers 20 zu gewährleisten ist auch zwischen ihnen eine Anlaufscheibe 38 angebracht.
In 5b ist die Mittelwellenbaugruppe 17 dargestellt. Die Mittelwelle 39 ist steif in den Gehäuseteilen 9, 10 uns 11 befestigt. Auf dieser Mittelwelle 39 liegen insgesamt vier Zahnräder 40, 41, 202 und 203 von denen je zwei auf einem Verbindungsstück 44 und 45 verdrehfest aufgebracht sind. Die Verbindungsstücke 44 und 45 sind über die Nadellager 46, 47, 48 und 49 auf der Mittelwelle 39 gelagert. Seitlich an den Zahnrädern, zu den Gehäuseklemmungen hin, liegen je ein Axialnadellager 50, 51, 52, 53 mit je zwei Anlaufscheiben 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61.
Die 6b zeigt den Aufbau der Verbindungswellenbaugruppe 18. In einem Wellenverbindungsstück 61 sind zwei Wellenteile 63, 64 fest eingebracht an deren Enden jeweils ein Kupplungswellenbauteil 65, 66 fest aufgebracht ist. Hier ist für die Serienproduktion ein Bauteil denkbar, welches die Bauteile 61, 63, 64, 65, 66 in einem Bauteil (62) vereint. Die Kupplungswellenbauteile 65, 66 besitzen eine Außenverzahnung. Auf dem äußeren Stück der Kupplungswellenbauteile 65, 66 ist jeweils ein Kugellager 67, 68 aufgebracht, welches in den Gehäuseteilen 9 und 10 gelagert ist. Auf jedem Kupplungswellenbauteil 65 und 66 befindet sich je eine Kupplung 69, 70. Die Zahnräder 71, 72 sind fest auf den Kupplungselementen 73, 74 aufgebracht, die über die Nadellager 75, 76 auf den Wellenteilen 63 und 64 gelagert sind. Die Kupplungen 69, 70 sind verdrehfest und axial verschiebbar auf den Kupplungswellenbauteilen 65, 66 ausgeführt, um eine verdrehfeste Verbindung zwischen den Kupplungswellenbauteilen 65, 66 und den Zahnrädern 71, 72 herstellen zu können. Zwischen den Kupplungselementen 73, 74 und den Kupplungen 69, 70 liegt je eine Anlaufscheibe 77, 78. Die Zahnräder 79, 80 sind über je ein Verbindungselement 81, 82 mit dem Freilauf 83, 84 verbunden. Der äußere Teil der Freiläufe 83, 84 ist jeweils mit dem Verbindungselement 81, 82 verdrehfest verbunden. Der innere Teil ist jeweils verdrehfest mit dem Wellenverbindungsstück 61 verbunden. Die Zahnräder 79, 80 sind über die Verbindungselemente 81, 82 auf den Nadellagern 85, 86 gelagert. Auf den Verbindungselementen 81, 82 befindet sich je ein Kugellager 87, 88, das durch je zwei Sicherungsringe 89, 90, 91, 92 axial gesichert ist. Durch die Lager 87, 88 ist die Verbindungswellenbaugruppe im Gehäuseteil 11 gelagert.
7a, 7b zeigen die Abtriebswellenbaugruppe 19. Analog zur Tretlagerwellenbaugruppe 16 ist die Ausgangswelle 93 über zwei Kugellager 94, 95 in den Gehäuseteilen 9, 10 gelagert und mit auf Passhülsen 96, 97 liegenden Wellendichtringen 98, 99 nach außen abgedichtet. Um die Zahnräder 204, 205 verdrehfest mit der Ausgangswelle 93 zu verbinden, ist das Zahnrad 204 mit dem Freilauf 102 verbunden. Der innere Teil des Freilaufs 102 ist verdrehfest mit der Tretlagerwelle 93 verbunden. Der äußere Teil ist verdrehfest mit dem Zahnrad 204 verbunden. Das Zahnrad 205 ist fest mit einer Kupplung 103 verbunden. Um eine verdrehfeste Verbindung zwischen der Welle 93 und dem Zahnrad 205 herstellen zu können, ist die Kupplung 104 verdrehfest aber axial verschiebbar auf der Ausgangswelle 93 aufgebracht. Das Kupplungsbauelement 103 und das Zahnrad 205 sind über das Nadellager 105 auf der Ausgangswelle 93 gelagert. Zwischen der Kupplungsbaugruppe 104 und dem Kupplungsbauelement 103 befindet sich eine Anlaufscheibe 106. Um ein unabhängiges Drehen beider Zahnräder 204, 205 zu gewährleisten, ist zwischen ihnen ein Axialnadellager 107 mit zwei Anlaufscheiben 108, 109 angebracht. Um ein unabhängiges Arbeiten des Freilaufes 102 und des Lagers 95 zu gewährleisten ist auch zwi schen ihnen eine Anlaufscheibe 110 angebracht. Für den Abtrieb ist ein Ritzel 111 über einen Ritzelhalter 112 verdrehfest auf der Welle 93 außerhalb des Gehäuses H aufgebracht.
8 zeigt eine Ausführung einer Kupplungsbaugruppe 32. Auf einem Kupplungsbauelement 113 ist ein Koppelelement 114 zur hier nicht dargestellten Schaltfingerbaugruppe 121 aufgebracht. Dieses Koppelelement 114 ist um ein möglichst verlustfreies Drehen zu gewährleisten mit zwei Axiallagern 115, 116 gelagert. Die Anordnung ist axial mit einem Sicherungsring 117 gegen Verrutschen gesichert.
9 zeigt die mechanische Ansteuerung einer Kupplungsbaugruppe. Die Kupplungsbaugruppe ist über Koppelelemente 118, 119, 120 mit einer Schaltfingerbaugruppe 121 fest verbunden. Diese Schaltfingerbaugruppe 121 läuft auf einem mit einer Außenverzahnung versehenen Schaltkulissenkörper 122, der auf einem Kugellager 173 gelagert ist. Dem Kupplungsbauelement 113 gegenüber liegt ein Kupplungsbauelement 124, auf dem ein Zahnrad 200 aufgebracht ist. Zwischen dem Kupplungsbauelement 124 und dem Kupplungsbauelement 113 liegt eine Anlaufscheibe 126, die Bauteile 116, 117, 114, 115, 113, 124 zusammen bilden die Kupplung 32.
10 und 11 zeigen die Schaltfingerbaugruppe 121. Eine Schaltfingerbaugruppe besteht aus den zwei Schaltfingergehäusen 127, 128, in denen ein Schaltfinger 129 über zwei Kugellager 130, 131 gelagert ist. Die Lager 130, 131 liegen in einem Verbindungsbauteil 132. Der Schaltfinger 129 ist mit drei Sicherungsringen 133, 134, 135 gegen Verrutschen gesichert. Des Weiteren befindet sich ein Linearkugellager 136 zwischen den Fingergehäusen 127, 128. Der Schaltfinger 129 der Schaltfingerbaugruppe 114 läuft auf einem Schaltkulissenkörper 122. Die Schaltfingerbaugruppe 114 ist über Koppelelemente 118, 119, 120 mit der Kupplungsbaugruppe nach 8 verbunden. Der Schaltfinger 129 wird über die Koppelelemente 118, 119, 120, die Kupplungsbaugruppe und eine Zugfeder 136 gegen den stirnseitig gewellten Schaltkulissenkörper 122 gezogen. Die Zugfeder 136 ist über eine Augeschraube 137 mit dem Koppelelement 114 der Kupplungsbaugruppe und über eine weitere Augen schraube 135 mit einem Gehäuseteil 9, 10, 11, verbunden. Das Zahnrad 200, welches auf dem Kupplungsbauelement 124 aufgebracht ist liegt konzentrisch zum Kupplungsbauteil 113. Die Lage des Schaltfingers 129 auf der Stirnseite des Schaltkulissenkörpers 122 (Wellenberg oder Wellental) bestimmt, ob die Kupplung 32 ein- oder ausgekuppelt ist. Die Zugfeder 136 hält die Kupplung 32 eingekuppelt.
12 zeigt den Aufbau einer Verbindungswellenbaugruppe. Die Verbindungswelle 140 ist durch zwei Kugellager 141, 142 in den Gehäuseteilen 12, 13 gelagert. Die Lager 141, 142 laufen auf zwei Zahnrädern 143, 144 mit Nabe 143a und 144a gegen je eine Anlaufscheibe 145, 146. Mittig auf der Verbindungsachse 140 sind zwei weitere Kugellager 147, 148 aufgebracht, welche die Verbindungswelle 140 im Gehäuseteil 11 lagern. Die Lager sind über ein weiteres Zahnrad 149, zwei Passhülsen 150, 151 und eine Stellring 152 gegen Verrutschen gesichert.
13 zeigt den Aufbau der Schaltansteuerungsbaugruppe. Die flanschartig ausgebildete Schaltansteuerungswelle 153 weist auf ihrer Stirnseite mehrere Vertiefungen 153a und ein Sechskantstück 153b auf. Sie ist über die Kugellager 154, 155 in den Gehäuseteilen 9, 12 gelagert. Auf der Schaltansteuerungswelle 153 sind zwei Zahnräder 156, 157 mit Hilfe von vier Schrauben 158, 159, 160, 161 befestigt und mit einer Distanzscheibe 162 auf Abstand gehalten. Das Kugellager 154 ist über eine Distanzhülse 163 auf der Schaltansteuerungswelle 153 aufgebracht. Über die Vertiefungen auf der Schaltansteuerungswelle 153 läuft ein Index-Druckstück 164. Auf dem Sechskantstück (153b) der Schaltansteuerungswelle 153 befindet sich die Seiltrommel 165. Diese dient zur Aufnahme des Schaltzuges 166 und zur Weitergabe des Schaltimpulses. Die Seiltrommel 165 liegt in einem Gehäuse, bestehend aus einem Schaltgehäuse 167 und einem Schaltgehäusedeckel 168.
In 14 ist die Zusammenstellung der Schaltkulissenkörper 122 ihrer Kugellager 173 der Verbindungswellenbaugruppe 177 nach 12 und der Schaltansteuerungsbaugruppe 128 nach 13 zu sehen. Die Drehwinkellage der einzelnen Schaltkulissenkörper zueinander ist über (nicht gezeigte) Klemmelemente einstellbar.
15 zeigt den Aufbau und die Positionierung der Schaltfingerbaugruppen 179, 180, 181, 182 und ihrer Schaltfingerachsen 183, 184, 185 im Getriebe. Des Weiteren sind hier auch die Koppelelemente 186, 187, 188, 189, 190, 191 dargestellt. Gezeigt werden beispielhaft die an den Gehäuseteilen 9, 10 befestigten Augenschrauben 192, 193.
Durch Drehung der Schaltansteuerungsbaugruppe 128 drehen sich alle Schaltkulissenkörper 122 gleichzeitig. Durch die relative Anordnung der Wellentäler 122b zu den Wellenbergen 122a, die jeder Schaltfinger 129 abfährt, bestimmt sich der Zustand der einzelnen Kupplungen 32, 69, 70, 104.
16 zeigt den Aufbau und die Positionierung der in 14 gezeigten Teile im Getriebe. Die Schaltkulissenkörper 171, 172 sind über die Lager 175, 176 auf dem Gehäuseteil 9 gelagert und mit den Gehäuseteilen 12, 14 axial gesichert. Die Schaltansteuerungsbaugruppe 178 nach 13 ist über die Lager 154, 155 in den Gehäuseteilen 12, 14 gelagert. Seitlich an der Schaltansteuerungsbaugruppe 178 wird die Seiltrommelbaugruppe 194 befestigt. Die Schaltkulissenkörper 169, 170 sind über die Lager 173, 174 auf dem Gehäuseteil 10 gelagert und durch die Gehäuseteile 13, 15 axial gesichert. Die Verbindungswellenbaugruppe 177 liegt über die Lager 148, 147 im Gehäuseteil 11 und über die Lager 141, 142 in den Gehäuseteilen 12, 13.
17 stellt eine beispielhafte Ausführung einer Dreh-Schaltgriffbaugruppe dar. Diese Baugruppe besteht aus einem Schaltgriff-Innenteil 195, welches fest am Lenker 18 befestigt werden kann, einem Schaltgriff-Drehkörper 196, in dem die Seilzüge 197, 198 eingelegt werden, und einem Schaltgriff-Gummigriffteil 199.

1: Rahmen
2: Hinterradschwinge
2a: Gelenk
3: Feder-Dämpfer-Element
4: Mehrfachgetriebe/Getriebe
5: Tretkurbel
6: Deckel
7: Deckel
8: Deckel
9: Gehäuseteile
10: Gehäuseteile
11: Gehäuseteile
12: Gehäuseteile
13: Gehäuseteile
14: Schraubdeckel
15: Schraubdeckel
16: Tretlagerwellenbaugruppe
17: Mittelwellenbaugruppe
18: Lenker
19: Abtriebswellenbaugruppe
20: Kugellager
21: Kugellager
22: Eingangswelle
23: Passhülse
24: Passhülse
25: Wellendichtring
26: Wellendichtring
27: Wälzlager
28: Dichtring
29: Freilauf
30: Kupplung
31: Nadellager
32: Kupplung
34: Passscheibe
35: Axialnadellager
36: Anlaufscheibe
37: Anlaufscheibe
38: Anlaufscheibe
39: Mittelwelle
41: Zahnrad
42: Welle
43: Welle
44: Zwischenwelle/Verbindungsstück
45: Zwischenwelle/Verbindungsstück
46: Nadellager
47: Nadellager
48: Nadellager
49: Nadellager
50: Axialnadellager
51: Axialnadellager
52: Axialnadellager
53: Axialnadellager
54: Anlaufscheibe
55: Anlaufscheibe
56: Anlaufscheibe
57: Anlaufscheibe
58: Anlaufscheibe
59: Anlaufscheibe
60: Anlaufscheibe
61: Anlaufscheibe
62: Zwischenwelle/Bauteil
67: Kugellager
68: Kugellager
69: Kupplung
70: Kupplung
72: Zahnrad
73: Kupplungselement
74: Kupplungselement
75: Nadellager
76: Nadellager
79: Zahnrad
80: Zahnrad
81: Verbindungselement
82: Verbindungselement
83: Freilauf
84: Freilauf
85: Nadellager
86: Nadellager
87: Kugellager
88: Kugellager
89: Sicherungsring
90: Sicherungsring
91: Sicherungsring
92: Sicherungsring
93: Ausgangswelle
94: Kugellager
95: Kugellager
98: Wellendichtring
99: Wellendichtring
102: Freilauf
104: Kupplung
107: Axiallager
108: Anlaufscheibe
109: Anlaufscheibe
111: Antriebsritzel
112: Ritzelhalter
113: Kupplungsbauelement
114: Koppelelement
115: Axiallager
116: Axiallager
117: Sicherungsring
118: Koppelelement
119: Koppelelement
120: Koppelelement
121: Schaltfingerbaugruppe
122: Schaltkulissenkörper
122a: Wellenberg
122b: Wellental
124: Kupplungsbauelement
127: Schaltfingergehäuse
128: Schaltfingergehäuse/Schaltansteuerungsbaugruppe
129: Schaltfinger
130: Kugellager
131: Kugellager
135: Augeschraube
136: Zugfeder
137: Augeschraube
140: Verbindungswelle
141: Kugellager
142: Kugellager
143: Zahnrad
143a: Nabe
144: Zahnrad
144a: Nabe
145: Anlaufscheibe
146: Anlaufscheibe
149: Zahnrad
150: Passhülse
151: Passhülse
152: Stellring
153: Schaltansteuerungswelle
153a: Vertiefung
153b: Sechskantstück
154: Kugellager
155: Kugellager
156: Zahnrad
157: Zahnrad
158: Schraube
159: Schraube
160: Schraube
161: Schraube
162: Distanzscheibe
163: Distanzhülse
164: Index-Druckstück
165: Seiltrommel
166: Schaltzug
168: Schaltgehäusedeckel
173: Kugellager
177: Verbindungswellenbaugruppe
179: Schaltfingerbaugruppe
180: Schaltfingerbaugruppe
181: Schaltfingerbaugruppe
182: Schaltfingerbaugruppe
183: Schaltfingerachse
184: Schaltfingerachse
185: Schaltfingerachse
186: Koppelelement
187: Koppelelement
188: Koppelelement
189: Koppelelement
190: Koppelelement
191: Koppelelement
192: Augeschraube
193: Augeschraube
194: Seiltrommelbaugruppe
195: Schaltgriff-Innenteil
196: Schaltgriff-Drehkörper
197: Schaltzug
198: Schaltzug
199: Schaltgriff-Gummigriffteil
200: Zahnrad
201: Zahnrad
204: Zahnrad
205: Zahnrad
F: Fahrtrichtung
H: Getriebegehäuse
HR: Hinterrad
Re/dg

Claims

Mehrfachgetriebe für ein Fahrrad mit in einem Getriebegehäuse (H) gelagerter Eingangswelle (22) und Ausgangswelle (93), wobei die Eingangswelle (22) zur Aufnahme von Tretkurbeln (5) ausgestaltet ist und mit ihren beiden Enden aus dem Getriebegehäuse (H) herausgeführt und die Ausgangswelle (93) mit einem ihrer Enden aus dem Getriebegehäuse (H) herausgeführt und an diesem Ende zur Aufnahme eines Antriebsritzels (111) ausgestaltet ist, mit folgenden Merkmalen: a) parallel zwischen der Eingangswelle (22) und der Ausgangswelle (93) ist mindestens eine Zwischenwelle (45) im Getriebegehäuse (H) gelagert, b) auf der Eingangswelle (22), der mindestens einen Zwischenwelle (44, 45, 62) und der Ausgangswelle (93) sind jeweils mindestens zwei Zahnräder (200, 201; 202, 203; 204, 205) angeordnet, c) auf mindestens zwei der Wellen (22, 93) sind die darauf angeordneten Zahnräder (200, 201; 204, 205) über Kupplungsmittel (29, 32; 102, 104) drehfest mit der jeweiligen Welle (22, 93) verbindbar, d) alle Zahnräder (200, 201; 202, 203; 204, 205) des Getriebes sind permanent mit einem anderen Zahnrad in Eingriff, dadurch gekennzeichnet, dass e) während mindestens eines Schaltvorganges sich der Zustand von mindestens zwei Kupplungsmitteln (29, 32, 102,104) gleichzeitig ändert, und f) jeweils eines der Zahnräder (201, 204) mittels eines Freilaufs (29, 102) und das jeweils andere der Zahnräder (200, 205) mittels einer schaltbaren Kupplung (103; 32) drehfest mit der jeweiligen Welle (22, 93) verbindbar ist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (200, 201) auf der Eingangswelle (22) und die Zahnräder (203, 204) auf der Ausgangswelle (93) drehfest mit diesen verbindbar sind.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl paralleler Zwischenwellen (44, 45, 62) im Getriebegehäuse (H) gelagert ist.
Mehrtachgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei Zwischenwellen (44, 45, 62) vorgesehen sind.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unmittelbar mit den Zahnrädern (200, 201; 204, 205) der Eingangswelle (22) und der Ausgangswelle (93) kämmenden Zahnräder (202, 203; 40, 41) drehfest auf den Zwischenwellen (44, 45) befestigt sind.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (202, 203; 40, 41) einteilig mit den Zwischenwellen (44, 45) ausgebildet sind.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangswelle (22), die mindestens eine Zwischenwelle (45) und die Ausgangswelle (93) hohl ausgebildet sind.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kupplung (32, 104) eine Innenverzahnung (113b) und eine Stirnverzahnung (113a, 124a) aufweist.
Mehrfachgetriebe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kupplung (32, 104) auf der Welle (22, 93) axial verschiebbar angeordnet ist.
Mehrfachgetriebe nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Kupplung (32, 104) mit zwei axial wirkenden Lagern (115, 116) verbunden ist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei axial wirkenden Lager (115, 116) mindestens einer Kupplung (32, 104) fest oder über eine Feder mit einem Schaltfinger (129) verbunden sind.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltfinger (129) mindestens einer Kupplung in Kontakt mit einer Schaltkulisse steht.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltfinger (129) mindestens einer Kupplung drehbar gelagert ist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltfinger (129) axial geführt ist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulisse auf einem drehbaren, rotationssymmetrischen Schaltkulissenkörper (122, 175) angeordnet ist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkulissenkörper (122) auf seiner Stirn- oder Mantelfläche Erhöhungen (122a) und Vertiefungen (122b) aufweist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse des Schaltkulissenkörpers (122) parallel oder im rechten Winkel zu den Drehachsen der Wellen (22, 44, 45, 62, 93) angeordnet ist.
Mehrfachgetriebe nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schaltkulissen (122) drehbar miteinander verbunden sind.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulissen (122) über Zahnräder miteinander verbunden sind.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltkulissen (122) gleichzeitig mit mehr als einer Kupplung (32) verbunden sind und mehrere Axialbewegungen gleichzeitig hervorrufen.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Schaltfingers (129) gegenüber der Kupplung (32) bei der Montage variierbar ist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkulissenkörper (122, 175) am Gehäuse H gelagert ist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens A + 1 Zahnräder eine Stirnverzahnung (113a) aufweisen, wobei A die Anzahl der Wellen darstellt.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Wellen (22, 44, 93) eine Außenverzahnung aufweisen.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnverzahnung (113a, 124a) im Profilschnitt eine Sägezahnform aufweist.
Mehrfachgetriebe nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (32) über eine Feder (136) axial gehalten wird.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Bewegung des Schaltfingers (129) über ein Linearkugellager geführt wird.
Mehrfachgetriebe nach einem oder mehreren Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder mehrteilig ausgebildet sind.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Antriebsritzel (111) eine Überlastsicherung angeordnet ist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (H) mindestens dreiteilig ausgebildet ist und mindestens ein Gehäuseteil (7, 8) mit dem Fahrradrahmen (1) starr verbunden ist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen der Wellen in mindestens zwei verschiedenen Ebenen liegen.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Zahnräder (202, 203) dieselbe Drehachse besitzen und immer miteinander verbunden sind.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewegung mehrerer Schaltkulissenkörper (122) über eine separate Verbindungswelle (140) angesteuert wird.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehwinkelstellung mehrerer Schaltkulissenkörper (122) zueinander über Klemmbauteile einstellbar ist.