DE102007004802A1

DE102007004802A1 - Mehrganggetriebe

Info

Publication number: DE102007004802A1
Application number: DE102007004802A
Authority: DE
Inventors: Christoph Lermen; Michael Schmitz
Original assignee: Individual
Current assignee: Pinion GmbH
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2027-01-23
Also published as: WO2008089932A1; US10100915B2; US9302738B2; DE102007004802B4; US20110167943A1; US20160195184A1

Abstract

Hiermit wird ein Mehrfachgetriebe (A1) für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug, mit einer Durchgangswelle (1) und einer Abtriebswelle (5) sowie mit wenigstens zwei Untergetrieben (a, b, c, d, e) und mit wenigstens einer Zwischenwelle (2, 3a, 3b, 4) vorgeschlagen. Es zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine der Zwischenwellen (2, 3a, 3b, 4) und/oder die Abtriebswelle (5) als eine koaxial zu einer Welle des Mehrfachgetriebes (A1) angeordnete Hohlwelle ausgebildet.

Description

Stand der Technik
In den letzten Jahrzehnten hat sich das Grundprinzip von Schaltungen für Fahrräder nicht verändert. Primär wird an der Hinterachse geschaltet, wobei es zwei Systeme gibt, die hauptsächlich Verbreitung gefunden haben: die Kettenschaltung und die Nabenschaltung. Bei beiden Systemen überträgt eine Kette die Antriebskraft zur Hinterachse des Fahrrades.
Unter einer Kettenschaltung versteht man im Allgemeinen ein an der Hinterachse montiertes Ritzelpaket mit bis zu 10 Ritzeln, zwischen denen mittels eines am Rahmen befestigen Schaltwerks, welches die Führung der Kette übernimmt, hin und her geschaltet werden kann. Um den Übersetzungsbereich zu erweitern sind die meisten Fahrräder mit einer zusätzlichen Schaltung am Kettenblatt des Tretlagers ausgestattet. Dazu sind bis zu 3 Kettenblätter auf einer Seite der Tretkurbeln angebracht, zwischen denen mit Hilfe eines am Rahmen befestigten Umwerfers hin und her geschaltet werden kann. Diese Art Kettenschaltungen bieten bis zu 30 Gänge und ein Gesamtübersetzungsverhältnis von bis zu ca. 600%. Konstruktionsbedingt und je nach Auslegung sind bei Kettenschaltungen jedoch viele der Gänge redundant. So hat eine handelsübliche Kettenschaltung mit 27 Gängen lediglich 15 nicht redundante Gänge.
Die Komponenten einer Kettenschaltung sind außen am Rahmen befestigt und daher Umwelteinflüssen, wie Wasser und Schmutz direkt ausgesetzt. Dadurch verringert sich der gute Wirkungsgrad einer Kettenschaltung besonders schnell, d. h. ein großer Teil der aufgebrachten Muskelkraft geht durch Reibung verloren. Weiterhin bedürfen Kettenschaltungen einer sehr genauen Einstellung um eine exakte Funktion zu gewährleisten. Durch die außen liegende Bauweise sind die Komponenten anfällig für Beschädigungen durch Stürze oder Berührungen mit Steinen und Ästen. Die Kette und die Ritzel unterliegen verstärkt durch teilweise großen Schräglauf der Kette und häufiges Umwerfen der Kette auf den Ritzeln einem hohen Verschleiß und müssen regelmäßig ausgetauscht werden. Aus den genannten Eigenschaften ist, um eine einwandfreie Funktion und einen hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten, der Wartungsaufwand einer Kettenschaltung entsprechend hoch und kostenintensiv.
Unter einer Nabenschaltung versteht man ein in das Nabengehäuse der Hinterachse eingebautes Getriebe. Bei den meisten Nabenschaltungen besteht das Getriebe aus mehreren Planetengetriebestufen zwischen denen hin und her geschaltet werden kann. Gegenüber der Kettenschaltung besitzt die Nabenschaltung keine außen liegenden Schaltungskomponenten wie Schaltwerk, Ritzelpaket, mehrere Kettenblätter oder Umwerfer. Dadurch sind Nabenschaltungen wartungsärmer als Kettenschaltungen, bieten jedoch nicht so große Gesamtübersetzungsverhältnisse. Nabenschaltungen ( DE 197 20 794 A1 ) haben derzeit bis zu 14 Gänge und ein Gesamtübersetzungsverhältnis von bis zu 524%. Durch die Konstruktion an der Hinterachsnabe steigen jedoch das Gewicht der rotierenden und die, im Falle von Hinterradgefederten Fahrrädern, relative (zum Gesamtgewicht) ungefederte Masse. Des Weiteren wandert der Schwerpunkt des Fahrrades in Richtung Hinterachse. Diese Faktoren wirken sich insbesondere bei Hinterradgefederten Mountainbikes ungünstig auf die Fahreigenschaften des Fahrrades aus.
Eine Besonderheit stellen seit kurzem Fahrräder mit in Tretlagernähe angeordneten, im Rahmen integrierten Getrieben dar. Ein solches Getriebe ist z. B. in DE 10 2004 045 364 B4 oder DE 103 39 207 A1 beschrieben. Dazu sind in einem Getriebegehäuse mehrere Zwischenwellen mit schaltbaren Zahnrädern angeordnet. Das Tretlager ist entweder direkt Bestandteil des Getriebes oder die Drehbewegung wird zunächst vom Tretlager über einen Trieb auf das Getriebe übertragen. Ausgehend von der Ausgangswelle des Getriebes wird die Kraft dann, wie bei den zuvor genannten Schaltungen, mittels Kettentrieb zum Hinterrad übertragen. Besonders Vorteilhaft bei diesen Schaltungen ist, dass die Masse des Getriebes eher in der Nähe des Fahrradmittelpunktes liegt und somit der Schwerpunkt günstig beeinflusst wird. Außerdem sind die Bauteile des Getriebes vor Witterungseinflüssen im Getriebegehäuse geschützt. Diese Schaltungen bieten derzeit bis zu 15 Gänge und eine Gesamtübersetzung von bis zu 646%. Ein Nachteil ist jedoch der große Raumbedarf und das hohe Gewicht. Um Antriebseinflüsse zu minimieren liegt bei vielen Hinterradgefederten Fahrrädern der Momentanpol der Drehachse der Hinterradfederung in Tretlagernähe. Die Antriebseinflüsse sind minimal, wenn die Drehachse genau im dem Punkt des Abhebens der Kette vom Kettenblatt liegt. Die Abtriebsachsen der erwähnten Getriebe liegen jedoch nicht koaxial zur Tretlagerachse sondern deutlich entfernt von dieser, so dass ein gänzlich neuer Aufbau der Hinterradfederung konstruiert werden muss um die Antriebseinflüsse wiederum zu minimieren.
Ausgehend von den beschriebenen Schaltungen und Getrieben für Fahrräder wird im Folgenden ein verbessertes Getriebe beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, es zeigen:
1: eine mögliche Anordnung der Getriebeeinheit im Getriebegehäuse eingebaut in einen Fahrradrahmen;
2: eine Explosionsdarstellung der Getriebeeinheit, des Getriebegehäuses, des Abtriebszahnrades und der Tretkurbeln;
3: den Schaltplan einer vereinfachten Getriebeausführung;
4: den Schaltplan der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Getriebeausführung;
5: die Getriebeansicht von oben mit Abgrenzung der enthaltenen Teilgetriebe;
6: die isometrische Ansicht der Getriebeeinheit A1 mit Beschriftung der Komponenten;
7: die Seitenansicht der Getriebeeinheit A1 und dem dazugehörigen Schnitt I-I;
8: eine Schnittdarstellung der Zwischenwelle 4 und Zwischenwelle 2 mit Darstellung der Schaltmittel;
9: den Detailaufbau schaltbarer Zahnräder;
10: die Explosionsdarstellung der schaltbaren Zahnräder;
11: die Detaildarstellung der Schaltbolzen verschiedener Ausführungen;
12: eine Prinzipskizze der Schaltvorgänge mit Darstellung der Zwischenstufen.
Zum besseren Verständnis soll die Getriebeeinheit A1 in mehrere Untergetriebe [a] [b] [c] [d] [e], wie in 4 dargestellt, unterteilt werden.
Das Mehrgang-Getriebe enthält vorzugsweise einen (hier nicht näher dargestellten) Getriebekäfig, in dem das Getriebe A1 als Einheit platziert ist. Durch den Käfig kann das Getriebe A1 zu Montage- und Wartungszwecken vergleichsweise einfach aus dem Getriebegehäuse A2 herausgenommen, bzw. genauso einfach in das Getriebegehäuse A2 eingebaut werden. Das Getriebegehäuse A2 ist fester Bestandteil des Fahrradrahmens B1. Es ist so ein modularer Aufbau des Fahrrades möglich. Das Fahrrad kann im Nachhinein mit anderen oder neueren Ausbildungen des Getriebes A1 ausgerüstet werden. Der im Getriebegehäuse A2 platzierte Käfig dient der Aufnahme und Lagerung von Getriebewellen 1, 3a, 3b ..., 4, 5, mit Lager 101, 3a01, 3a02, 3b01, 3b02, 401, 402, 501, der Aufnahme und Lagerung der Schaltmittel, eventueller Zugführungen und weiterer Bauteile des Getriebes. Der Käfig kann mehrteilig ausgeführt und zerlegbar sein.
Der Aufbau des Getriebes A1 gestaltet sich wie folgt: Das Getriebe A1 enthält eine Durchgangswelle 1, die auf beiden Seiten aus dem Getriebegehäuse A2 herausragt. Die Durchgangswelle 1 weist an den Enden Aufnahmen zur Befestigung der Tretkurbeln A4 auf. Die Durchgangwelle 1 ist zugleich die Antriebs- und Eingangswelle des gesamten Getriebes A1. Im Inneren des Getriebes A1 sind mehrere Zwischenwellen 2, 3a, 3b, 4 platziert, die zur Übertragung des Drehmomentes und der Variation der Übersetzungsverhältnisse dienen. Die Zwischenwellen 2, 4 können als zu anderen Wellen koaxiale Hohlwellen ausgeführt sein. Die Zwischenwellen 2, 3a, 3b, 4 übertragen schließlich das Drehmoment auf eine Abtriebswelle 5 des Getriebes A1, die im Getriebekäfig gelagert ist und an einer Seite aus dem Getriebegehäuse A2 herausragt. Die Abtriebswelle 5 kann ebenfalls als Hohlwelle ausgeführt sein und dient zur Aufnahme eines Kettenblattes A3, welches das Drehmoment zum Hinterrad des Fahrrades überträgt. Dabei muss die Übertragung des Drehmomentes zum Hinterrad nicht unbedingt durch einen Kettentrieb erfolgen. Es ist sind auch andere Formen zur Übertragung der Drehbewegung, wie z. B. ein Zahnriementrieb, ein Kardantrieb oder Ähnliche denkbar. In diesem Falle ist die Aufnahme der Abtriebswelle 5 entsprechend auszugestalten.
Der Drehmomentfluss innerhalb des Getriebes ist wie folgt gekennzeichnet: Von der Durchgangswelle 1, als Antriebswelle, wird das Drehmoment über ein Getriebe [a] auf eine Zwischenwelle 2 übertragen. Dieses vorgeschaltete Getriebe [a] dient der Drehmomentreduzierung. Durch die vorgeschaltete Drehmomentreduzierung können die nachfolgenden Getriebebestandteile kleiner, leichter und kostengünstiger ausgeführt werden und die Schaltbarkeit wird verbessert. Ausgehend von dieser Zwischenwelle 2 wird das Drehmoment nun auf ein weiteres schaltbares Getriebe [b] übertragen. Die Zwischenwelle 2 stellt dabei die Eingangswelle des Getriebes [b] dar. Das Getriebe [b] ist insbesondere durch mehrere Zwischenwellen 3a, 3b, ... gekennzeichnet, deren Zahnräder 3a2, 3a3, 3a4, 3b2, 3b3, 3b4 gleichzeitig von der Eingangswelle 2 des Getriebes [b] angetrieben werden. Durch die Aufteilung der Zahnradpaare (Gänge) in Getriebe [b] auf mindestens zwei Zwischenwellen 3a, 3b, ... ist eine kompakte Ausführung des Getriebes A1 möglich. Die Zwischenwellen 3a, 3b, ... treiben eine gemeinsame Zwischenwelle 4 von Getriebe [c] an. Zwischenwelle 4 ist zugleich Eingangswelle von Getriebe [d], dass zum einen dazu dient die Drehzahl auf dass benötigte Niveau zu bringen und zum anderen dazu dient, im Falle einer schaltbaren Ausführung von Getriebe [d], weitere Gänge zu realisieren. Die Gangzahl würde sich in diesem Fall aus der Multiplikation der Gangzahlen der schaltbaren Getriebes [b] und Getriebes [d] ergeben. Die Ausgangswelle des Getriebes [d] stellt die Abtriebswelle 5 der gesamten Getriebeeinheit A1 dar und ragt wie vorhergehend beschrieben an einer Seite aus dem Getriebegehäuse A2 heraus.
Die Antriebsräder 3a5, 3b6 von Getriebe [c], welche auf den Zwischenwellen 3a, 3b, ... platziert sind, besitzen jeweils ein eigenes Abtriebsrad 45, 46 von Getriebe [c], welche gemeinsam mit der Zwischenwelle 4 drehfest verbunden sind oder vorzugsweise ein gemeinsames Abtriebsrad von Getriebe [c], welches mit der Zwischenwelle 4 drehfest verbunden ist.
Eine spezielle Ausgestaltung der Schaltmittel von Getriebe [b] und Getriebe [d] lässt ein Tretkraftunterbrechungsfreies Schalten in einen höheren Gang und das Schalten unter verminderter Tretkraft in einen niedrigeren Gang zu. Die Schaltmittel sind dazu als schaltbare Freiläufe ausgeführt. Ein Schaltvorgang zeichnet sich dadurch aus, dass es beim Schalten von einem in einen anderen Gang einen Zwischenzustand gibt, in dem die Schaltmittel beider Gänge eingeschaltet sind, und zwar so lange, bis der einzulegende Gang kraftschlüssig eingelegt ist.
Die Ausführung von Getriebe [b] ermöglicht eine Ausstattung der Zwischenwellen 3a, 3b, ... mit Kupplungen (hier nicht näher dargestellt), wodurch ein Tretkraftunterbrechungsfreies Schalten, auch in niedrigere Gänge, ermöglicht wird. Dazu werden auf der einen Zwischenwelle 3a die geraden Gänge und auf der anderen Zwischenwelle 3b die ungeraden Gänge angebracht. Im Betrieb ist die Kupplung mindestens einer Zwischenwelle geschlossen und die andere Kupplung geöffnet. Durch Einlegen des Ganges auf der Zwischenwelle, deren Kupplung geöffnet ist, und nachfolgendes, gleichzeitiges Schließen der einen und Öffnen der anderen Kupplung wird dann der nächste Gang Tretkraftunterbrechungsfrei eingelegt.
Optional kann hinter das Getriebe [a] ein weiteres Getriebe [aa] geschaltet werden um eine kompaktere Bauform und, je nach Ausführung des Getriebes [aa], eine Drehrichtungskorrektur, bzw. -änderung zur erreichen. Die Eingangswelle des Getriebes [aa] ist dabei die Ausgangswelle des Getriebes [a] und die Ausgangswelle des Getriebes [aa] ist dann die Eingangswelle des Getriebes [b].
Die Getriebeeinheit A1 wird durch ein Ölbad geschmiert. Um das Getriebe A1 nach außen hin abzudichten ist die Getriebeeinheit A1 links und rechts mit Gehäusedeckeln (hier nicht näher dargestellt) und Wellendichtringen 12, 54 versehen. Der Getriebekäfig kann auf einer Seite bereits den Gehäusedeckel mit Dichtung enthalten. Durch diese Ausführung wird die Getriebeeinheit A1 gleichzeitig vor Schmutz geschützt.
Die Gänge der beiden schaltbaren Getriebe [b] und [d], können mittels unterschiedlichster Kupplungsmittel, wie z. B. Klauenkupplungen oder Zahnkupplungen aber auch z. B. (schaltbaren) Freiläufen etc., geschaltet werden.
Die Kupplungsmittel können entweder innerhalb der dann als Hohlwellen ausgeführten Zwischenwellen 3a, 3b, 4 liegen oder außerhalb der Wellen angeordnet sein.
Sämtliche Wellen 1, 2, 3a, 3b, 4, 5 können gegebenenfalls als Hohlwellen ausgeführt sein.
Die Abtriebswelle 5 des Getriebes A1 kann als Hohlwelle koaxial zur Durchgangswelle 1 ausgeführt und gelagert sein, dadurch wird eine besonders kompakte Bauform erreicht.
Ebenso ergibt sich eine besonders kompakte Bauform, wenn die Antriebswelle 2 des Getriebes [b] als Hohlwelle koaxial zur Antriebswelle 4 des Getriebes [d] ausgeführt ist. [20] Eine besonders kompakte und leichte Bauform mit einer koaxial zur Durchgangswelle 1 gelegenen Abtriebswelle 5 ergibt sich, wenn auf der Durchgangswelle 1 das Antriebsrad 11 von Getriebe [a] montiert wird, die Ausgangswelle 2 von Getriebe [a] gleichzeitig die Eingangswelle 2 von Getriebe [b] ist, diese als Hohlwelle koaxial zur Eingangswelle 4 von Getriebe [d] ausgeführt ist, zwei Zwischenwellen 3a, 3b von Getriebe [b], die die gemeinsame Eingangswelle 2 von Getriebe [b] besitzen, neben der Durchgangswelle 1 und der Antriebswelle 2 von Getriebe [b] platziert sind, die Abtriebszahnräder 45, 46 von Getriebe [c] auf einer gemeinsamen Abtriebswelle 4 platziert sind, welche gleichzeitig Eingangswelle von Getriebe [d] ist, und die Ausgangswelle von Getriebe [d], welche dann schließlich die Abtriebswelle 5 der gesamten Getriebeeinheit A1 ist, als Hohlwelle ausgeführt, koaxial zur Durchgangswelle 1 platziert ist. Die Abtriebswelle 5 ist somit koaxial zur Durchgangswelle 1 ausgeführt und ragt auf einer Seite aus dem Getriebegehäuse A2 heraus.
Denkbar ist auch eine Variante ohne vorhergehende Drehmomentreduktion, d. h. ohne Getriebe [a]. Dazu ist die Durchgangswelle 1 gleichzeitig die Antriebswelle von Getriebe [b]. Der weitere Verlauf der Übertragung des Drehmomentes erfolgt dann über die beiden Zwischenwellen 3a, 3b als Abtriebswellen von Getriebe [b] und den folgenden Getriebestufen, wie in [20] beschrieben.
Eine andere Bauform mit einer koaxial zur Durchgangswelle gelegenen Abtriebswelle ergibt sich, wenn auf der Durchgangswelle das Antriebsrad von Getriebe [a] montiert wird, die Ausgangswelle von Getriebe [a] gleichzeitig die Eingangswelle von einem als Kettengetriebe ausgeführten Getriebe [aa] ist, die Ausgangswelle von Getriebe [aa] als Hohlwelle koaxial zur Durchgangswelle ausgeführt ist, die Ausgangswelle von Getriebe [aa] gleichzeitig Eingangswelle von Getriebe [b] ist, zwei Zwischenwellen von Getriebe [b], die die gemeinsame Eingangswelle von Getriebe [b] besitzen, neben der Durchgangswelle und der Ausgangswelle von Getriebe [a] platziert sind, die Abtriebszahnräder von Getriebe [c] auf einer gemeinsamen Abtriebswelle platziert sind, welche als Hohlwelle ausgeführt koaxial zur Abtriebswelle von Getriebe [a] platziert und gleichzeitig Eingangswelle von Getriebe [d] ist, und die Ausgangswelle von Getriebe [d], welche dann schließlich die Abtriebswelle der gesamten Getriebeeinheit ist, als Hohlwelle ausgeführt, koaxial zur Durchgangswelle platziert ist. Die Abtriebswelle ist somit koaxial zur Durchgangswelle ausgeführt und ragt auf einer Seite aus dem Getriebegehäuse heraus.
Eine weitere besonders kompakte und leichte Bauform, jedoch mit einer nicht zur Durchgangswelle koaxial gelegenen Abtriebswelle, ergibt sich, wenn auf der Durchgangswelle das Antriebsrad von Getriebe [a] montiert wird, die Ausgangswelle von Getriebe [a] gleichzeitig Eingangswelle von Getriebe [b] ist, zwei Zwischenwellen von Getriebe [b], die die gemeinsame Eingangswelle von Getriebe [b] besitzen, links und rechts der Durchgangswelle und der Ausgangswelle von Getriebe [a], bzw. der Eingangswelle von Getriebe [b], liegen, die beiden Zwischenwellen ein gemeinsames Antriebsrad (hier nicht dargestellt) auf einer Abtriebswelle besitzen, welche als Hohlwelle koaxial auf der Durchgangswelle gelagert ist und gleichzeitig Eingangswelle von Getriebe [d] ist und die Ausgangswelle von Getriebe [d], welche dann schließlich die Abtriebswelle der gesamten Getriebeeinheit ist, als Hohlwelle ausgeführt, koaxial zur Ausgangswelle von Getriebe [a], bzw. zur Eingangswelle von Getriebe [b], platziert ist. Die Abtriebswelle der gesamten Getriebeeinheit ist somit neben der Durchgangswelle gelegen und ragt auf einer Seite der Getriebeeinheit heraus.
Die Zahnräder sind, sofern diese fest mit einer Welle verbunden sind, entweder mittels Form- der Kraftschluss verdrehfest mit der jeweiligen Welle verbunden. Sofern diese auf der Welle frei drehbar sein sollen, werden die Zahnräder idealer Weise mittels Gleit- oder Wälzlagern auf den Wellen gelagert.
Wenn die Zahnräder drehfest mit einer Welle verbindbar sind, können die Zahnräder starr mit dieser verbunden sein. Die Welle und das Zahnrad können dann aus einem Stück bestehen.
Die Zahnräder können zur Gewichtsersparnis mit Aussparungen versehen sein.
Die Dicke der Wandung im Bereich des Grundkörpers der Zahnräder kann zur Gewichtsersparnis oder um möglichst wenig Bauraum in Anspruch zu nehmen geringer sein, als die Dicke des Zahnrades im Bereich der Stirnverzahnung. Die Wandung kann in diesem Falle überall im Bereich des Zahnrades, also z. B. Mitte, rechts oder neben der eigentlichen Stirnverzahnung, angeordnet sein.
Die Zahnräder können auch mehrteilig ausgeführt sein, so dass z. B. um eine Gewichtsersparnis zu erreichen, der Grundkörper aus einem anderen Werkstoff als das Zahnrad im Bereich der Außenverzahnung gefertigt sein kann.
Die Zahnräder können sowohl eine Stirnverzahnung, eine Innenverzahnung, als auch eine Verzahnung an der Seite aufweisen. Die Seitenverzahnung oder Innenverzahnung dient dann zur Herstellung des Kraftschlusses mit dem Kupplungsmittel.
Bei einem Fahrrad mit Hinterradfederung kann das Getriebe so ausgeführt sein, dass je nach Art der Hinterradfederung eine der Wellen 1, 3a, 3b, 4, 5 als Drehachse der Hinterradschwinge dient. Um wechselseitige Einflüsse zwischen Antrieb und Federung zu minimieren liegt die Achse dieser Zwischenwelle gerade auf dem Teilkreis des Abtriebskettenblattes und ist kongruent zum Ablösepunkt Kette (Zugseite) vom Kettenblatt
Ausführungsbeispiel:
Das folgende Ausführungsbeispiel beschreibt eine 18-Gang Getriebeschaltung ausgeführt als Getriebeeinheit A1 in einem im Getriebegehäuse A2 platzierten Getriebekäfig (nicht näher dargestellt) zur Verwendung in einem Fahrrad.
Ein Ausführungsbeispiel nach der Bauart beschrieben in [20] mit zwei hintereinander geschalteten, schaltbaren Getrieben ist als Getriebe [b] mit sechs Gängen und als Getriebe [d] mit drei Gängen wie folgt ausgeführt: Die Durchgangswelle 1 ist auf beiden Seiten des Getriebekäfigs mit Lagern 101, 102, 103, 501 gelagert. Die Abtriebswelle 5 ist als Hohlwelle koaxial zur Durchgangswelle 1 ausgeführt und ragt auf der Kettenblattseite aus dem Getriebegehäuse A2 heraus. Auf dieser Seite ist die Durchgangswelle 1 innerhalb der Hohlwelle 5 mit Nadellagern 102, 103 gelagert. Die Hohlwelle 5 ist ihrerseits in einem im Getriebekäfig eingepassten Lager 501 gelagert. Die Durchgangswelle 1 ist auf der gegenüberliegenden Seite direkt mit einem in den Getriebekäfig eingepassten Lager 101 gelagert. Auf die Durchgangswelle 1 ist das Antriebszahnrad 11 von Getriebe [a] mittels Passfedern oder einer Kerbverzahnung verdrehfest aufgebracht. Oberhalb der Durchgangswelle 1 ist eine Zwischenwelle 4 im Getriebekäfig mit Lagern 401, 402 gelagert. Diese Zwischenwelle 4 ist Abtriebswelle von Getriebe [c] und gleichzeitig Antriebswelle vom schaltbaren 3-Gang Getriebe [d]. Weiterhin ist Zwischenwelle 4 Drehachse einer als Hohlwelle ausgeführten Zwischenwelle 2, die wiederum auf der Zwischenwelle 4 mit Nadellagern 201, 202 gelagert ist. Die Zwischenwelle 2 ist Abtriebswelle von Getriebe [a] und Antriebswelle von Getriebe [b]. Das Abtriebszahnrad 21 von Getriebe [a] ist verdrehfest auf der Zwischenwelle 2 befestigt. In der Ausführung des Getriebes [b] als 6-Gang Getriebe sind drei Zahnräder 22, 23, 24 als Antriebsräder von Getriebe [b] verdrehfest auf der Zwischenwelle 2 angebracht.
Das Getriebe [b] besitzt im Ausführungsbeispiel zwei Abtriebswellen 3a, 3b mit auf diesen drehbar gelagerten Abtriebszahnrädern 3a2, 3a3, 3a4, 3b2, 3b3, 3b4. Auf jeder Zwischenwelle 3a, 3b sind dabei drei Abtriebszahnräder 3a2, 3a3, 3a4, 3b2, 3b3, 3b4 auf der Welle drehbar gelagert und schaltbar. Das 6-Gang-Getriebe [b] besteht demnach aus drei Antriebszahnrädern und sechs schaltbaren Abtriebszahnrädern, die auf zwei unterschiedlichen Wellen 3a, 3b gelagert sind und je nach Zustand der Schaltmittel das Drehmoment entweder auf die eine 3a oder andere Zwischenwelle 3b übertragen.
Die Zwischenwellen 3a, 3b sind wiederum im Getriebekäfig an jeweils zwei Positionen mit Lagern 3a01, 3a02, 3b01, 3b02 gelagert. Auf den Zwischenwellen 3a, 3b sind die Abtriebszahnräder von Getriebe [b] mit Gleit- 810 oder Wälzlagern 813 gelagert. Auf den Zwischenwellen 3a, 3b sind weiterhin die Antriebszahnräder 3a5, 3b6 von Getriebe [c] mit Passfedern oder Kerbverzahnungen verdrehfest befestigt. Diese beiden Antriebszahnräder 3a5, 3b6 von Getriebe [c] haben jeweils ein Abtriebszahnrad 45, 46, welche verdrehfest auf der Zwischenwelle 4 angebracht sind. Durch diese Anordnung wird das Drehmoment je nach eingeschaltetem Zahnrad auf der Zwischenwelle 3a, 3b schließlich auf die Zwischenwelle 4 übertragen.
Zwischenwelle 4 ist gleichzeitig die Antriebswelle des schaltbaren 3-Gang-Getriebes [d]. Dazu sind drei Zahnräder 41, 42, 43 auf der Zwischenwelle 4 mittels Gleit- 810 oder Wälzlagern 813 gelagert und schaltbar. Die drei Antriebsräder 51, 52, 53 von Getriebe [d] sind verdrehfest auf der koaxial zur Durchgangswelle 1 gelegenen Hohlwelle 5 verdrehfest befestigt. Diese Welle stellt in dieser Ausführungsform die Abtriebswelle 5 der gesamten Getriebeeinheit A1 dar und ragt aus dem Getriebegehäuse A2 heraus. Sie ist auf dem außerhalb der Getriebeeinheit A1 liegenden Teil der Welle 5 mit einer Aufnahme für ein Kettenblatt A3 vorgesehen. Von diesem Kettenblatt A3 aus wird die Drehbewegung auf das Hinterrad übertragen.
Der Weg der Übertragung des Drehmomentes erfolgt also abhängig vom Zustand der Schaltmittel entweder über die Durchgangswelle 1, die Zwischenwelle 2, die Zwischenwelle 3a, die Zwischenwelle 4 und die Abtriebswelle 5 oder über die Durchgangswelle 1, die Zwischenwelle 2, die Zwischenwelle 3b, die Zwischenwelle 4 und die Abtriebswelle 5. Das Getriebe [a] dient in diesem Beispiel zur Reduzierung des Eingangsdrehmomentes auf das schaltbare Getriebe [b]. Das schaltbare 6-Gang-Getriebe [b] ist so abgestuft, dass ein Gangwechsel relativ kleine Änderungen des Gesamtübersetzungsverhältnisses bewirkt. Dagegen ist das schaltbare 3-Gang-Getriebe [d] so abgestuft, das ein Gangwechsel einen größeren Sprung des Gesamtübersetzungsverhältnisses bewirkt. Dabei sind die Zähnezahlen der beiden Getriebe so ausgelegt, dass es keine Überschneidungen der 18 Gänge hinsichtlich der Gesamtübersetzungsverhältnisse gibt.
Im Gegensatz zu heute üblichen außen liegenden Kettenschaltungen, welche selbst bei einer Gangzahl von 24 Gängen und mehr nur ca. 15 sich nicht überschneidende (redundante) Gänge besitzen, bietet dieses Getriebe 18 gleichmäßig abgestufte Gänge und eine größere Spreizung der Gesamtübersetzung.
Die in diesem Beispiel beschriebene Anordnung von hintereinander geschalteten Getrieben mit entsprechenden Wellen, Zahnrädern, Lager und Schaltmitteln lässt demnach nicht nur eine besonders kompakte und leichte sondern auch funktionale Bauart eines Fahrradgetriebes zu. Besonders die bei Kettenschaltungen bewährte Aufteilung in eine Schaltung der Kettenblätter mit entsprechend großen Gangsprüngen und eine Schaltung eines am Hinterrad angebrachten Ritzelpaketes mit entsprechend kleinen Gangsprüngen bleibt hier von der Funktion her erhalten.
Die Lagerung der Wellen ist nicht auf die in [31] beschriebenen Lagerstellen beschränkt. Die Wellen können auch mehr als zwei Lagerstellen besitzen Insbesondere bei der Durchgangswelle 1 bietet es sich an, eine zusätzliche Lagerstelle in der Mitte auszuführen.
Bei einer konkreten Ausführung eines solchen Getriebes A1 kann z. B. unter Vorgabe von Bauraum- und Konstruktionsbeschränkungen eine Ausgestaltung der Zahnräder wie folgt aussehen:
In Getriebe [a] werden zur Vorübersetzung ein Antriebsrad 11 mit 60 Zähnen und ein Abtriebsrad 21 mit 30 Zähnen verwendet. Das Drehmoment reduziert sich demnach auf die Hälfte und die Drehzahl wird verdoppelt.

Für Getriebe [b] wird für den 1. und 4. Gang ein Antriebsrad 22 mit 38 Zähnen verwendet, das Abtriebsrad 3a2 (1. Gang), welches auf der Zwischenwelle 3a platziert ist, und auch das Abtriebsrad 3b2 (4. Gang), welches auf der Zwischenwelle 3b platziert ist, haben 34 Zähne. Für den 2. und 5. Gang werden ein Antriebsrad 23 mit 40 Zähnen, ein Abtriebsrad 3a3 mit 32 Zähnen für den 2. Gang auf Zwischenwelle 3a und für den 5. Gang ein Abtriebsrad 3b3 mit 32 Zähnen auf Zwischenwelle 3b verwendet. Für den 3. und 6. Gang werden ein Antriebsrad 24 mit 42 Zähnen, ein Abtriebsrad 3a4 mit 30 Zähnen für den 3. Gang auf Zwischenwelle 3a und ein Abtriebsrad 3b4 mit 30 Zähnen für den 6. Gang auf Zwischenwelle 3b verwendet. Die Abtriebszahnräder 3a2, 3a3, 3a4, 3b2, 3b3, 3b4 auf den Zwischenwellen 3a, 3b sind drehbar gelagert und können durch die Schaltmittel mit der entsprechenden Zwischenwelle 3a, 3b in Drehrichtung verdrehfest verbunden werden. Auf den Zwischenwellen 3a, 3b werden weiterhin verdrehfest die Antriebzahnräder 3a5, 3b6 von Getriebe [c] platziert. Auf Zwischenwelle 3a wird in diesem Beispiel ein Zahnrad 3a5 mit 31 Zähnen und auf Zwischenwelle 3b ein Zahnrad 3b6 mit 37 Zähnen verwendet. Die zugehörigen Abtriebszahnräder 45, 46 von Getriebe [c] haben 41 bzw. 35 Zähne und sind auf Zwischenwelle 4 verdrehfest angebracht. Der folgenden Tabelle sind die in diesem Beispiel resultierenden Übersetzungsverhältnisse von Getriebe [b] und Getriebe [c] zu entnehmen.

	Getriebe [b]					Getriebe [c]			Getriebe [b] + [c]
	Antr.			Abtr.	Übers.	Antr.	Abtr.	Übers.	Übers.fortpflanzung	Prozent
Gang 1	38			34	0.89	31	41	1.32	1.18
Gang 2		40		32	0.80				1.05	11.84%
Gang 3			42	30	0.71				0.94	12.00%
Gang 4	38			34	0.89	37	35	0.94	0.85	11.62%
Gang 5		40		32	0.80				0.76	11.84%
Gang 6			42	30	0.71				0.68	12.00%

Durch die besondere Wahl der Zähnezahlen ergibt sich hier der Vorteil, dass die beiden Zwischenwellen 3a, 3bauf denen die Abtriebsräder 3a2, 3a3, 3a4, 3b2, 3b3, 3b4 von Getriebe [b] platziert sind, baugleich sind, was wiederum eine kostengünstigere Bauweise zur Folge hat.
Dem schaltbaren 6-Gang-Getriebe [b] und Getriebe [c] ist nachfolgend das schaltbare 3-Gang Getriebe [d] beispielsweise wie folgt ausgeführt: Die Antriebsräder 41, 42, 43 von Getriebe [d] sind drehbar auf der Zwischenwelle 4 gelagert. Mit den Schaltmitteln können diese verdrehfest mit der Zwischenwelle 4 verbunden werden. Die Abtriebsräder 51, 52, 53 sind auf der als Hohlwelle ausgeführten Welle 5 verdrehfest angebracht. Diese liegt koaxial zur Eingangs- und Durchgangswelle 1 und stellt die Abtriebswelle 5 des Getriebes dar.
Gang 1 des 3-Gang-Getriebes hat beispielsweise ein Antriebszahnrad 41 mit 30 und ein Abtriebszahnrad 51 mit 60 Zähnen, Gang 2 hat ein Antriebszahnrad 42 mit 44 und ein Abtriebszahnrad 52 mit 46 Zähnen und Gang 3 ein Antriebszahnrad 43 mit 59 und ein Abtriebszahnrad 53 mit 31 Zähnen. Daraus ergeben sich für das 3-Gang Getriebe [d] folgende Übersetzungsverhältnisse:

Getriebe [d]

Antr.rad Abtr.rad Übersetzung

Gang 1 30 60 2.00

Gang 2 44 46 1.05

Gang 3 59 31 0.53

Die Getriebe [a], Getriebe [b] + [c] und Getriebe [d] ergeben damit in ihrer logischen Reihenfolge folgende Gesamtübersetzungstafel:

	Getriebe [a]	Getriebe [b] + [c]	Getriebe [d]
	Übersetzung			Res.Übersetzung	Prozent
Gang 1	0.5	1.18	2.00	1.18
Gang 2		1.05		1.05	11.84%
Gang 3		0.94		0.94	12.00%
Gang 4		0.85		0.85	11.62%
Gang 5		0.76		0.76	11.84%
Gang 6		0.68		0.68	12.00%
Gang 7		1.32	1.05	1.32	9.23%
Gang 8		1.05		0.55	11.84%
Gang 9		0.94		0.49	12.00%
Gang 10		0.85		0.44	11.62%
Gang 11		0.76		0.40	11.84%
Gang 12		0.68		0.35	12.00%
Gang 13		1.18	0.53	0.31	13.61%
Gang 14		1.05		0.28	11.84%
Gang 15		0.94		0.25	12.00%
Gang 16		0.85		0.22	11.62%
Gang 17		0.76		0.20	11.84%
Gang 18		0.68		0.18	12.00%
				Gesamtübersetzung:	666.65%

Wie aus der Tabelle ersichtlich, ist die Abstufung zwischen allen Gängen prozentual nahezu konstant und es gibt keine Redundanz in den resultierenden Übersetzungen. Daraus und aufgrund der Vielzahl der Gänge ergibt sich eine sehr große Spreizung von 666,65% des Gesamtgetriebes. Aufgrund dieser Eigenschaften bietet das Getriebe dem Fahrer jederzeit die Wahl eines optimalen Übersetzungsverhältnisses, wodurch die Muskelkraft optimal umgesetzt werden kann.
Auch im Vergleich zu einer bekannten 14-Gang Getriebenabe ( DE 197 20 796 B4 ) zur Verwendung im Hinterrad bietet das beschriebene Getriebe mehr Gänge und eine größeres Gesamtübersetzungsverhältnis. Weitere Vorteile gegenüber der bekannten 14-Gang Getriebenabe sind insbesondere die günstige, niedrig gelegene Platzierung des Getriebes A1 in der Mitte des Fahrrades. Dadurch wird nicht nur die Masse rotierender und (im Falle Hinterradgefederter Fahrräder) ungefederter Bauteile verringert, sondern auch der Schwerpunkt des Fahrrades eher in Richtung Fahrradmitte verlagert und somit die Fahreigenschaften, besonders in Hinblick auf Fahrsicherheit und Fahrkomfort, günstig beeinflusst.
Gegenüber einer anderen bekannten Ausführung eines Fahrradgetriebes im Tretlagerbereich mit „nutzbaren" 15 Gängen ( DE 10 2004 045 364 B4 ) bietet dieses Getriebe A1 hinsichtlich der Getriebeabstufung deutlich konstantere Abstufungen, mehr Gänge und ein größeres nutzbares Gesamtübersetzungsverhältnis. Gegenüber dem Getriebe DE 10 2004 045 364 B4 ermöglicht das beschriebene Ausführungsbeispiel eine deutlich kompaktere Bauform. Dies wird insbesondere durch die Ausgestaltung von Getriebe [b] und [c] ermöglicht, die durch die gleichzeitige Ansteuerung mindestens zweier Zwischenwellen (hier: 3a, 3b) durch eine Antriebswelle 2 und der Zusammenführung der Zwischenwellen 3a, 3b auf eine Abtriebswelle 4 gekennzeichnet ist. Ebenso trägt die Ausgestaltung der Antriebswelle 2 von Getriebe [b] als Hohlwelle koaxial zur Antriebswelle 4 von Getriebe [d] und die Ausgestaltung der Abtriebswelle 5 koaxial zur Durchgangswelle 1 der gesamten Getriebeeinheit A1 zur kompakten Bauform des Getriebes bei. Dadurch liegt die Abtriebswelle 5 mit dem Abtriebskettenblatt A3 nicht wie in DE 10 2004 045 364 B4 neben sondern koaxial zum Tretlager und es ist möglich, wie Eingangs beschrieben, vorhandene Fahrradrahmenkonzepte mit Hinterradfederung ohne Veränderung der Lage der Kettentriebachsen und damit ohne Änderung von Antriebseinflüssen weiter zu verwenden.
Die Ausgestaltung von Getriebe [b] mit mehreren Zwischenwellen 3a, 3b lässt eine Erweiterung mit Kupplungen zu, die gleichzeitig geschaltet werden können. Denkbar ist z. B. die Zwischenwellen 3a und 3b jeweils mit einer Kupplung, die den Drehmomentfluss durch Reibschluss herstellt, auszustatten. Wenn man nun z. B. die ungeraden Gänge 1, 3 und 5 auf der einen 3a und die geraden Gänge 2, 4 und 6 auf der anderen Zwischenwelle 3b platziert, kann man ohne Tretkraftunterbrechung in einen höheren oder niedrigeren Gang schalten. Man kann z. B., wenn Gang 3 eingelegt ist, die Kupplung auf der dazugehörigen Zwischenwelle 3a geschlossen ist und somit das Drehmoment über diesen Gang übertragen wird, auf der anderen Zwischenwelle 3b bereits Gang 2 oder 4 einlegen und dann allein durch Öffnen der einen Kupplung und gleichzeitiges Schließen der anderen Kupplung völlig ohne Tretkraftunterbrechung in den auf der anderen Welle liegenden Gang schalten.
Das Getriebe A1 bietet einen weiteren entscheidenden Vorteil. Bei dem Ausführungsbeispiel kann durch die Aufteilung in ein Getriebe mit kleinen Übersetzungssprüngen (Getriebe [b]) und ein Getriebe mit großen Übersetzungssprüngen (Getriebe [c]) direkt durch lediglich einen Gangwechsel von einem „leichten" in einen wesentlich „schwereren" Gang geschaltet werden, z. B. kann direkt von Gang 3 in Gang 9 geschaltet werden ohne das die Gänge sequentiell durchgeschaltet werden müssen. Dies macht sich besonders positiv bei einer plötzlichen Änderung des Steigungswiderstandes bemerkbar, z. B. beim Durchfahren einer Senke oder beim Überfahren einer Kuppe.
Die Schaltmittel für Getriebe [b] und Getriebe [d] können sowohl innerhalb der dann als Hohlwellen ausgeführten Wellen 3a, 3b, 4 oder außerhalb der Wellen 3a, 3b, 4 liegen. Eine denkbare Ausführung wäre die Ausgestaltung der Schaltmittel als innerhalb der Wellen liegende schaltbare Freiläufe. Dazu sind die schaltbaren Zahnräder 3a2, 3a3, 3a4, 3b2, 3b3, 3b4, 41, 42, 43 mit einer Innenverzahnung versehen, in die in der Welle liegende Freilaufkörper einrasten können. Die Freilaufkörper sind dabei durch eine Feder vorbelastet und geben das Zahnrad frei, wenn es eine größere Drehwinkelgeschwindigkeit besitzt als die Welle. Dreht sich allerdings das Zahnrad langsamer als die Welle, so rasten die Freilaufkörper in die Innenverzahnung des Zahnrades ein und stellen so eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Zahnrad und Welle her. Mit Hilfe eines Schaltbolzens 820, der innerhalb der Welle liegt, können die Freilaufkörper ein-, bzw. ausgeschaltet werden.
Eine konkrete Ausgestaltung der Schaltmittel für Getriebe [b] kann wie folgt aussehen:
Alle schaltbaren Zahnräder sind aufgebaut wie Zahnrad 81, 81a. Sie werden im Mittelteil mit einer Innenverzahnung versehen. Das Zahnrad enthält vorzugsweise einen Innenring 811, welcher die Innenverzahnung aufweißt. Dieser kann dadurch aus anderen (härteren) Werkstoffen ausgeführt werden als das Zahnring 812. Die Innenverzahnung des Innenrings 811 ist dabei so ausgeführt, dass die Freilaufkörper je nach der zur Welle relativen Drehzahl des Zahnrades 81, 81a, dieses entweder blockieren oder freigeben. Dreht sich das Zahnrad 81, 81a langsamer als die Welle, so gleiten die federbelasteten Freilaufkörper auf der Schrägung des Innenrings 811 hinweg, dreht sich das Zahnrad 81, 81a jedoch schneller als die Welle, so rasten die Freilaufkörper in die Innenverzahnung ein und die Welle wird mit der Drehzahl dieses Zahnrades angetrieben. Das bedeutet, dass bei einem Gangwechsel in einen höheren Gang, also einen Gang mit einer größeren Drehzahl des Abtriebszahnrades, die Freilaufkörper in die Innenverzahnung des Zahnrades einrasten und der Gang eingelegt ist. Es kann also ohne Tretkraftunterbrechung in einen Gang mit einem kleineren Übersetzungsverhältnis geschaltet werden. Bei einem Gangwechsel in einen niedrigeren Gang, also einen Gang mit einer geringeren Drehzahl des Abtriebszahnrades, gleiten die Freilaufkörper zunächst über die Schrägung der Innenverzahnung hinweg. Der Gang wird erst eingelegt, wenn die Wellendrehzahl auf die Drehzahl dieses Zahnrades gesunken ist, sprich, der höhere Gang ausgekuppelt wurde.
Weiterhin enthält das Zahnrad 81 beidseitig neben dem Innenring 811 Gleitlagerelemente 810, die das Zahnrad 81 auf der Welle lagern und abstützen. Wenn die Gleitlagerelemente 810 einen kleineren Innendurchmesser aufweisen als der Innenring 811, können diese gleichzeitig die Axialführung des Zahnrades 81 übernehmen. Dazu stehen die Freilaufkörper auch im ausgekuppelten Zustand leicht erhaben aus der Welle heraus. Weiterhin ist die Breite der Gleitlagerelemente 810 zusammen mit dem Innenring 811 größer als die Breite des Zahnringes 812, dadurch dienen die Gleitlagerelemente 810 zu beiden Seiten gleichzeitig als Anlaufscheiben für benachbarte Zahnräder. Dies könnte aber auch durch separate Gleitscheiben zwischen den Zahnrädern realisiert werden. Die Schaltmittel zum Ein- und Ausschalten der Zahnräder sind nicht auf schaltbare Klinkenfreiläufe beschränkt, es können auch alle anderen Arten von Schaltmitteln, wie z. B. Klauenkupplungen, Zahnkupplungen, Klemmrollenfreiläufe und/oder Klemmkörperfreiläufe verwendet werden, denkbar ist auch eine Ausgestaltung schaltbarer Freiläufe mit in den Zahnrädern liegenden Freilaufkörpern.
Bei Getriebe [d] gestaltet sich die Ausführung ähnlich. Der Unterschied im Vergleich zu Getriebe [b] besteht darin, dass hier nicht auf der Abtriebswelle 5 geschaltet wird, also nicht das Zahnrad der Antreiber der Welle ist, sondern auf der Antriebswelle 4 geschaltet wird, also die Welle der Antreiber ist. Hier lässt sich ohne Tretkraftunterbrechung in den Gang mit der geringeren Drehzahl des Zahnrades schalten, jedoch auf der Antriebsseite, das entspricht aber wie bei Getriebe [b] einem Gang mit kleinerem Übersetzungsverhältnis.
Die Innenverzahnung des Zahnrades muss nicht unbedingt in der Mitte des Zahnrades ausgeführt sein, vielmehr kann der mit einer Innenverzahnung ausgeführte Innenring auch neben dem Zahnradkörper angeordnet sein, so dass unterhalb des Zahnradkörpers Gleit- oder Wälzlager platziert werden können.
Die beidseitige Lagerung der Zahnräder 81, 81a ist nicht auf Gleitlagermittel 810 beschränkt, es können auch andere Lagerarten, wie z. B. Kugellager 813, aber auch alle anderen Arten von Wälzlagern zum Einsatz kommen.
Zur Schaltbarkeit der Freiläufe, werden diese wie folgt ausgebildet: Die Freilaufkörper sind innerhalb der Hohlwellen 3a, 3b, 4 in Aussparungen drehbar gelagert. Die Freilaufkörper sind auf der einen Seite der Drehachse so ausgebildet, dass sie formschlüssig in die Innenverzahnung der Zahnräder 81, 81a eingreifen können. Auf der anderen Seite der Drehachse sind die Freilaufkörper mit einer in Richtung Wellenmittelpunkt weisenden Erhöhung versehen. Die Freilaufkörper werden mittels einer Torsionsfeder so ausgerichtet, dass die Ausbildung zum Eingriff in die Innenverzahnung der Zahnräder 81, 81a nach außen steht. Innerhalb der Hohlwelle befindet sich ein axial verschiebbarer Schaltbolzen 820, 830, der mit Aussparungen versehen ist. Der Schaltbolzen 820, 830 dreht sich mit derselben Geschwindigkeit wie die entsprechende Welle. Er drückt auf die Erhöhung des Freilaufkörpers und dreht dadurch den Freilaufkörper soweit nach innen, dass der Freilaufkörper minimal aus der Welle herausragt, jedoch nur soweit, dass der Freilauf nicht in die Innenerzahnung des Zahnrades 81, 81a eingreift. Durch den herausstehenden Teil des Freilaufkörpers wird das Zahnrad 81, 81a axial entlang der Gleitlagerscheiben 810 geführt. Befindet sich die Aussparung des Schaltbolzens 820, 830 direkt unterhalb eines Freilaufkörpers, so wird der Freilaufkörper durch die Torsionsfeder nach außen gedreht und kann so in die Innenverzahnung des Zahnrades eingreifen. Durch axiales Hin- und Herschieben des Schaltbolzens 820, 830 mit entsprechenden Aussparungen im Bereich der Freilaufkörper können diese so in die Innenverzahnung des Zahnrades 81, 81a ein- oder ausgeklinkt werden und somit die Gänge der auf der Welle befindlichen Zahnräder geschaltet werden. Damit der sich drehende Schaltbolzen 820, 830 von außen angesteuert werden kann wird die Drehbewegung mit Hilfe eines Axiallagers 821 entkoppelt. Die Aussparungen des Schaltbolzen 820, 830 zweier benachbarter Zahnräder sind so ausgeführt, dass es einen Bereich gibt, in dem beide Freilaufkörper nach außen drehen und somit in die Zahnräder eingreifen können. Dadurch ist in diesem Moment das schneller drehende Zahnrad eingekoppelt und das langsamere Zahnrad befindet sich in einem Freilaufzustand, in dem der Freilaufkörper auf den Schrägungen der Innenverzahnung hinweg gleitet. Durch diesen Zwischenzustand ist gewährleistet, dass bei weiterem Verschieben des Schaltbolzens 820, 830 mindestens ein Freilaufkörper eingeklinkt bleibt und somit ein Leerdrehen des Getriebes vermieden wird. (siehe 12)
Durch die beschriebene Ausgestaltung der Schaltmittel ist das Schalten in einen höheren Gang, also einen Gang mit einem kleineren Übersetzungsverhältnis (in beiden Getrieben ([b] + [d]) ohne Tretkraftunterbrechung möglich. Dadurch, dass die Freilaufklinken beim Herunterschalten, also in einen Gang größerer Übersetzung, aufgrund des Kraftschlusses im langsamer drehenden Zahnrad eingeklinkt bleiben, muss vom Fahrer ein Teil der Tretkraft weggenommen werden. Durch eine spezielle Ausführung der Freilaufklinken, insbesondere der Form des in die Innenverzahnung des Zahnrades eingreifenden Teils und eine spezielle Ausführung der Aussparungen im axial verschiebbaren Schaltbolzen 820, 830 und den entsprechenden Erhöhungen auf den Freilaufklinken wird die Schaltkraft, die vom Fahrer über einen Schalthebel aufgebracht werden muss um den Schaltbolzen 820, 830 trotz eingeklinktem Zahnrad unter Last axial zu verschieben (also um einen kleineren Gang einzulegen), minimiert.
Eine Prinzipskizze der Ausführung des Schaltbolzens 820 für die Schaltung des 3-Gang Getriebes [d] ist in 11 dargestellt. Die Aussparungen im Schaltbolzen sind je nach Gang an den Seiten angeschrägt. Durch die Schrägung kann der Freilaufkörper entgegen der Klemmwirkung zwischen Freilaufkörper und Innenverzahnung des Zahnrades gedreht und somit ausgekuppelt werden. 12 ist hier nur eine Prinzipskizze. In einer tatsächlichen Ausführung des Schaltbolzens sind, um Bauraum einzusparen und die Welle, in der die Freilaufkörper gelagert sind, nicht zu einseitig zu schwächen, die Aussparungen und auch die entsprechenden in der Welle gelagerten Freilaufkörper am Wellenumfang versetzt angeordnet. Geringfügig abgeändert gestaltet sich die Ausführung der Schaltbolzen 830 beim 6-Gang Getriebe [b]. Hier gibt es zwei Wellen mit jeweils drei schaltbaren Abtriebszahnrädern. Durch diese besondere Ausführung ist es notwendig, dass es einen Schaltzustand gibt, in dem alle Zahnräder einer Welle ausgekuppelt sind, während ein Zahnrad auf der anderen Welle eingekuppelt ist. Daher darf der Schaltbolzen nicht wie bei Schaltbolzen 820 dargestellt in beiden Richtungen vertikale Anschläge besitzen, sondern muss jeweils auf einer Seite zusätzlich angeschrägt werden. Dadurch wird es möglich, alle Zahnräder von ihrer entsprechenden Welle zu entkoppeln.
Der axial verschiebbare Schaltbolzen 820, 830 wird z. B. mit mindestens einem Zug angesteuert. Im Falle der Ansteuerung mit nur einem Zug wird der Schaltbolzen 820, 830 mittels einer in der Hohlwelle 3a, 3b, 4 enthaltenen Feder 822 wieder in seine Ausgangsstellung zurückgedrückt, bzw. je nach Ausgestaltung des Federmechanismus zurückgezogen. Entgegen der Federkraft wird der Schaltbolzen dann mit dem Zug in die entsprechenden Positionen gebracht. Da der Schaltbolzen 820, 830 zusammen mit der Hohlwelle eine Drehbewegung ausführt wird der Zug idealer Weise mittels eines Axiallagers 821 von der Drehbewegung entkoppelt. Der Zug kann dann hin zu einer Schalthebeleinrichtung aus dem Gehäuse A2 herausgeführt werden.
Die Ansteuerung der beiden Zwischenwellen 3a, 3b von Getriebe [b] kann auch bereits innerhalb der Getriebeeinheit A1 zusammen ausgeführt werden. Dazu werden die Schaltbolzen 830 mittels eines Zuges, Gestänges oder einer Kette gekoppelt. In diesem Fall ist es auch nicht unbedingt notwendig für jede Welle 3a, 3b eine eigene Feder 822 zu platzieren, vielmehr kann bei einer Kopplung der beiden Schaltbolzen eine einzige entsprechend längere Feder verwendet werden.
Eine andere mögliche Ausgestaltung stellt sich wie folgt dar: Die Freilaufkörper besitzen auf einer Seite ihrer Drehachse wie zuvor eine Ausformung zum Eingriff in die Innenverzahnung der Zahnräder 81, 81a. Hier ist jedoch nicht auf der anderen Seite der Drehachse, sondern auf der gleichen Seite der Drehachse des Freilaufkörpers eine Erhöhung in Richtung Wellenmitte aufgebracht. Der Freilaufkörper ist mit einer Torsionsfeder so ausgestattet, dass der Freilaufkörper in Richtung Wellenmitte gedrückt wird. Auch hier befindet sich innerhalb der Hohlwelle 3a, 3b, 4, in welcher die Freilaufkörper gelagert sind, ein axial verschiebbarer Schaltbolzen 840, der nicht wie zuvor mit Aussparungen, sondern mit Erhöhungen versehen ist. Steht nun eine Erhöhung direkt unterhalb eines Freilaufkörpers, so wird dieser nach außen in die Innenverzahnung des Zahnrades 81, 81a gedreht und somit ein Kraftschluss zwischen Welle und Zahnrad hergestellt. Vorzugsweise sind die Erhöhungen auf dem axial verschiebbaren Bolzen als federbelastete Kugeln 841 ausgeführt. Durch diese besondere Ausführung wird es ermöglicht, dass prinzipiell ausgehend von einem beliebig eingelegten Gang jeder beliebige andere Gang durch axiale Verschiebung des Schaltbolzens 840 eingeschaltet werden kann. Die als federbelastete Kugeln 841 ausgeführten Erhöhungen des Schaltbolzens 840 können dabei durch Eindrücken der Kugeln 841 in den Schaltbolzen 840 unter den Freilaufkörpern hinweg gleiten und behindern so nicht die axiale Bewegung des Schaltbolzens 840. Durch diese spezielle Ausgestaltung des Schaltbolzens und der Freilaufkörper gestaltet sich ein Schaltvorgang wie folgt: Beim Schalten in einen höheren Gang, also einen Gang mit einem kleineren Übersetzungsverhältnis, rastet der Gang ein, sobald die entsprechende Kugel im Schaltbolzen unterhalb des entsprechenden Zahnrades platziert ist. Sobald der Gang eingerastet ist, befindet sich der zuvor eingelegte Gang im Freilaufbetrieb, und die Freilaufkörper werden durch die Torsionsfeder in Richtung Wellenmitte gedreht und somit ausgekuppelt. Beim Schalten in einen beliebigen niedrigeren Gang, also einen Gang mit einem größeren Übersetzungsverhältnis, z. B. von Gang 6 in Gang 2, wird zunächst der Gang durch die Verschiebung des Schaltbolzens 840 vom Fahrer vorgewählt, die federbelastete Kugel 841 befindet sich nun unterhalb des entsprechenden Freilaufkörpers. Das entsprechende Zahnrad (Gang 2) ist im Freilaufzustand. Wenn nun kurzzeitig die Tretkraft unterbrochen wird, wird der Freilaufkörper des zuvor eingelegten Gangs (hier Gang 6) durch die Torsionsfeder nach innen gedreht, das Zahnrad freigegeben und das Zahnrad (Gang 2) unter dessen Freilaufkörper sich die federbelastete Kugel 841 des Schaltbolzens 840 befindet wird eingekuppelt. Die kurzzeitige Tretkraftunterbrechung ist hier nötig, da aufgrund der Klemmwirkung zwischen Freilaufkörper und Innenverzahnung des Zahnrades (Gang 6), das Drehmoment der Torsionsfeder nicht ausreicht um den Freilaufkörper nach innen zu drehen.
Eine weitere technische Besonderheit betrifft die Anordnung der Freilaufkörper und die Ausgestaltung der Innenverzahnung der Zahnräder 81, 81a: Für jeweils ein Zahnrad können mehr als ein in der Wandung der Hohlwelle gelagerter Freilaufkörper pro Zahnrad vorgesehen werden. Die Freilaufkörper können dabei so angeordnet sein, dass diese gleichzeitig in die Innenverzahnung des Zahnrades eingreifen. Dadurch teilen sich die zu übertragenden Tangentialkräfte auf die entsprechenden Freilaufkörper auf. Die Freilaufkörper können aber auch so angeordnet sein, dass diese gerade nicht gleichzeitig in die Innenverzahnung eingreifen. Dadurch kann der Drehwinkel des Zahnrades, bis mindestens ein Freilaufkörper bei sonst gleicher Innenverzahnung in die Innenverzahnung eingreift, verkleinert werden. Im Ausführungsbeispiel ist z. B. folgende Ausführung der Freilaufkörper und der Innenverzahnung dargestellt: Es sind zwei Freilaufkörper um 180 Grad versetzt in der Welle 3a, 3b, 4 platziert. Die Innenverzahnung des Zahnrades weißt am Umfang 15 Zähne, also alle 24 Grad einen Zahn, auf. Durch die ungerade Anzahl von Zähnen und die gerade Anzahl von Freilaufkörpern, greift in diesem Beispiel nicht alle 24 Grad, sondern spätestens alle 12 Grad ein Freilaufkörper in die Innenverzahnung ein. Dadurch werden Schaltvorgänge mit besonders kurzen Reaktionszeiten ermöglicht.
Eine Besonderheit in diesem Ausführungsbeispiel ist, dass das Getriebe [d] auf der Antriebsseite geschaltet wird. Dadurch ist das maximal zu schaltende Drehmoment für die Gänge im 3-Gang-Getriebe [d] konstant und die Schaltmittel können gleich dimensioniert werden.
Werden die Schaltmittel als Klauenkupplungen ausgeführt, sind vorzugsweise die ungeraden Gänge nebeneinander und die geraden Gänge nebeneinander anzuordnen. Benachbarte Gänge können dadurch mit einem einzigen jedoch zweiseitigen Kupplungsmittel ausgestattet werden. Wird z. B. von einem ungeraden Gang in einen nachfolgenden geraden Gang geschaltet, so wird das Kupplungsmittel des zuvor eingelegten ungeraden Gangs frei, und beim darauf folgenden Schalten in den wiederum nachfolgenden Gang kann das zuvor freigewordene Kupplungsmittel für diesen Gang verwendet werden.
Durch eine besondere Anordnung der einzelnen Teilgetriebe in der gesamten Getriebeeinheit A1, insbesondere die Ausführung von Getriebe [b] mit 2 gleichzeitig angetriebenen Zwischenwellen 3a, 3b und die Ausbildung der Abtriebswelle 5 als Hohlwelle koaxial zur Eingangswelle 1 der Getriebeeinheit A1, wird eine für Fahrräder ideale Form der Getriebeeinheit erreicht. Das ganze Getriebe hat grob gesehen die Form eines abgerundeten Dreiecks, welches sich optimal zwischen dem Unterrohr und Sattelrohr eines herkömmlichen Fahrradrahmens anordnen lässt.
Durch die Integration der Durchgangswelle 1, die zur Aufnahme der Kurbeln A4 vorgesehen ist, in die Getriebeeinheit A1, übernimmt das Getriebe gleichzeitig die Funktion des herkömmlichen Tretlagers.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. So ist z. B. die Wahl der Zähnezahlen der Zahnräder nicht auf die in den Ausführungsbeispielen vorgeschlagenen Zähnezahlen beschränkt. Auch die in der Getriebeeinheit enthaltenen Teilgetriebe ([a], [aa], [b], [c], [d], [e]) ist nicht auf die in den Beispielen angegebene Anordnung beschränkt. Insbesondere kann auch die Reihenfolge der logischen Hintereinanderschaltung der Teilgetriebe abgeändert werden oder es können einzelne Teilgetriebe weggelassen werden. Die einzelnen Teilgetriebe können auch mit anderen als in den Beispielen angegebenen Gangzahlen ausgeführt sein. Die Ansteuerung der Schaltbolzen ist nicht auf eine Ausführung mit einem Zug beschränkt, es kann z. B. auch eine Ansteuerung mit mehreren Zügen, Gestänge, einer Hydraulik oder elektrischen Aktuatoren realisiert werden. Das Getriebe ist nicht auf die Verwendung in Fahrrädern beschränkt, es kann auch in anderen Fahrzeugen eingesetzt werden. Schließlich versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Kombinationen angewendet werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19720794 A1 [0004]
- DE 102004045364 B4 [0005, 0061, 0061, 0061]
- DE 10339207 A1 [0005]
- DE 19720796 B4 [0060]

Claims

Mehrfachgetriebe (A1) für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug, mit einer Durchgangswelle (1) und einer Abtriebswelle (5), sowie mit wenigstens zwei Untergetrieben (a, b, c, d, e) und mit wenigstens einer Zwischenwelle (2, 3a, 3b, 4), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Zwischenwellen (2, 3a, 3b, 4) und/oder die Abtriebswelle (5) als eine koaxial zu einer Welle des Mehrfachgetriebes (A1) angeordnete Hohlwelle ausgebildet ist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (5) koaxial zu der Durchgangswelle (1) angeordnet ist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Zwischenwelle (4) koaxial zu einer zweiten Zwischenwelle (2) angeordnet ist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (5) koaxial zu einer Zwischenwelle (4) angeordnet ist.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der als Antriebswelle dienenden Durchgangswelle (1) zusammenwirkende Zwischenwelle (2) zur Drehmomentreduktion vorgesehen ist.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Käfig vorgesehen ist, in welchem das Mehrfachgetriebe (A1) als Einheit eingebracht ist.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig in einem als Teil eines Fahrradrahmens ausgebildeten Getriebegehäuse (A2) angeordnet ist.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangswelle (1) auf zwei Seiten des Getriebegehäuses (A2) aus diesem hinausragt und jeweils ein Ende der Durchgangswelle (1) mit einer Tretkurbel (A4) zusammenwirkt.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Untergetriebe (a, b, c, d, e) schaltbar ausgeführt ist.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei schaltbare Untergetriebe (b, d) vorgesehen sind.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein schaltbares Untergetriebe (b, d) mittels einer Klauenkupplung oder einer Zahnkupplung oder mittels eines schaltbaren Freilaufs betätigt werden kann.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen der schaltbaren Untergetriebe (b, d) als Hohlwellen ausgebildet sind, in denen Kupplungsmittel angeordnet sind.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass fünf Untergetriebe (a, b, c, d, e) vorgesehen sind.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Welle (1, 3a, 3b, 4, 5) eine Drehachse für eine Hinterradschwinge bildet.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Untergetriebe (a) vorgesehen ist, das durch – die mit einem Antriebszahnrad (11) versehene Durchgangswelle (1), und – insbesondere durch ein auf einer Zwischenwelle (2) verdrehfest gelagertes Abtriebszahnrad (21), gebildet wird.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Getriebe (b) vorgesehen ist, das durch – wenigstens ein verdrehfest auf der Zwischenwelle (2) gelagertes Zahnrad (22, 23, 24), und durch – wenigstens eine Zwischenwelle (3a, 3b) mit wenigstens einem auf dieser vorzugsweise schaltbar gelagerten Abtriebszahnrad (3a2, 3a3, 3a4; 3b2, 3b3, 3b4), gebildet wird.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Getriebe (c) vorgesehen ist, das durch – wenigstens ein auf jeder Zwischenwelle (3a, 3b) verdrehfest gelagertes Antriebszahnrad (3a5, 3b6), und durch – wenigstens ein mit dem Antriebszahnrad (3a5, 5a6) zusammenwirkendes, verdrehfest auf einer Zwischenwelle (4) gelagertes Abtriebszahnrad (45, 46), gebildet wird.
Mehrfachgetriebe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Getriebe (d) vorgesehen ist, das durch – eine durch das Abtriebszahnrad (45, 46) angetriebene Zwischenwelle (4), und durch – wenigstens ein Zahnrad (41, 42, 43), das vorzugsweise schaltbar auf der Zwischenwelle (4) gelagert ist und das über wenigstens ein Abtriebszahnrad (51, 52, 53) mit der Abtriebswelle (5) zusammenwirkt, gebildet wird.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe eine nahezu konstante Abstufung zwischen den, vorzugsweise allen, Gängen aufweist.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (A1) eine Spreizung von ca. 666,65% aufweist.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kupplung wenigstens einer Zwischenwelle (3a, 3b, 4) vorgesehen ist, die einen Drehmomentfluss durch Reibschluss herstellt.
Mehrfachgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein schaltbares Zahnrad (3a2, 3a3, 3a4, 3b2, 3b3, 3b4, 41, 42, 43) einen mit einer Innenverzahnung versehenen Innenring (811) aufweist.