DE102012022953A1

DE102012022953A1 - Continuously variable transmission for use in rotary drives of e.g. bicycles, has small ring, roller support and large ring that are respectively designed as outer gear, bar and inner gear, to receive rotational drive power, and output

Info

Publication number: DE102012022953A1
Application number: DE201210022953
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-23
Filing date: 2012-11-23
Publication date: 2014-05-28

Abstract

The transmission comprises a large friction ring (5) that includes a radius with respect to a central axis (ZA), which is greater than a radius of a small friction ring (4). The friction rings are associated with multiple clutches for generating pressing forces between the friction rings and a double tapered roller (2). The small ring, a tapered-roller support with roller and the large ring are respectively designed as an outer gear, a bar (1) with planets and an inner gear, to receive the rotational drive power, and output through the respective components.

Description

Der heutige Stand der Technik kennt diverse, in ihrem Übersetzungsverhältnis stufenlos variierbare Getriebe, welche kraftschlüssig bzw. reibschlüssig arbeiten, auch Reibradgetriebe oder Wälzgetriebe genannt. Die Antriebsleistung wird durch Umfangskräfte übertragen, welche zwischen rotationssymmetrischen Reibkörpern unter einer Anpresskraft in den dabei radial zur Rotationsachse der Reibkörper angeordneten Berührflächen wirken. Die dabei unter der Anpresskraft entstehenden Abplattungen an den Reibkörperberührstellen lassen sich nach Hertz bzw. Stribeck berechnen und sind punkt-, ellipsen- oder linienförmig. Die realisierten Reibradgetriebebauformen haben gemeinsam, dass sie die stufenlose Veränderung der Übersetzung durch eine stufenlose Veränderung des wirksamen Radiuses der Berührflächen relativ zu den Reibkörperrotationsachsen verwirklichen. Die Reibkörper sind dabei im Wesentlichen kegel- bzw. kugelförmig. Die Veränderung des Radiuses wird bei Kugelreibgetrieben meist durch die Verkippung der Kugeldrehachse relativ zu einem An-/Abtriebskörper und bei Kegelreibgetrieben im Wesentlichen durch die Verlagerung der Reibfläche längs der Kegelachse realisiert. Abhängig von der nutzbaren Reibzahl und der zu übertragenden Umfangskraft sind hohe Anpresskräfte notwendig, welche die Reibkörper belasten.The current state of the art knows various, infinitely variable in their ratio gearbox, which operate non-positively or frictionally, also called friction gear or Wälzgetriebe. The drive power is transmitted by circumferential forces, which act between rotationally symmetrical friction bodies under a contact force in the radial direction of rotation of the friction body disposed contact surfaces. The resulting flattening at the Reibkörperberührstellen under the contact force can be calculated according to Hertz or Stribeck and are point, elliptical or linear. The realized friction gear designs have in common that they realize the stepless change of the translation by a stepless change of the effective radius of the contact surfaces relative to the Reibkörperrotationsachsen. The friction bodies are essentially conical or spherical. The change in the radius is realized in Kugelreibgetrieben mostly by the tilting of the ball axis of rotation relative to a drive / driven body and Kegelreibgetrieben essentially by the displacement of the friction surface along the cone axis. Depending on the usable friction coefficient and the circumferential force to be transmitted high contact forces are necessary, which burden the friction body.

Für Fahrräder gibt es seit kurzem eine stufenlose Getriebenabe der Firma Fallbrook aus USA. Sie nennt sich NuVinci N360 und arbeitet mit einer Reibgetriebestufe mit kugelförmigen Reibkörpern, deren Rotationsachse verkippt werden kann. Dadurch werden die wirksamen Radien der Reibkugeln auf der An- und Abtriebsseite verändert und damit eine stufenlose Übersetzungsveränderung realisiert. Durch die Einstufigkeit werden sehr große Drehmomentanforderungen an das Getriebe gestellt (Antriebsrad beim Fahrrad bis zu 250 Nm) welche sehr große Anpresskräfte und damit hohe hertzsche Pressungen erfordern. Zudem müssen die axialen Anpresskräfte, welche mehrere zehntausend Newton betragen können über das Nabengehäuse abgestützt werden, welches entsprechend stabil und damit schwer gebaut sein muss. Ein weiterer Nachteil dieser Bauform ist das zu kleinen und großen Übersetzungsverhältnissen hin stark ansteigende Bohr-/Wälzverhältnis, auf Grund der Verkippung der Rotationsachse der Reibkugeln und damit ein starkes Ansteigen der Verlustleistung.For bicycles there is recently a stepless gear hub of the company Fallbrook from USA. It is called NuVinci N360 and works with a friction gear stage with spherical friction bodies whose rotation axis can be tilted. As a result, the effective radii of the friction balls are changed on the input and output side and thus realized a stepless transmission change. Due to the single-stage, very large torque requirements are placed on the transmission (drive wheel for bicycles up to 250 Nm) which require very high contact pressure and thus high hertzian pressure. In addition, the axial contact forces, which can be several tens of thousands of Newtons, must be supported via the hub shell, which must be correspondingly stable and therefore heavy-duty. Another disadvantage of this design is the small and large gear ratios towards sharply increasing Bohr- / Wälzverhältnis, due to the tilting of the axis of rotation of the Reibkugeln and thus a strong increase in power loss.

Daneben erfreuen sich Fahrräder mit Elektroantrieb, sogenannte Pedelecs bzw. E-Bikes, zunehmender Beliebtheit, da der Radfahrer durch die Unterstützung des Elektromotors von der Tretarbeit ein Stück weit enlastet wird. Zudem wird er unter anderem in die Lage versetzt höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, bzw. größere Steigungen zu erklimmen.In addition, enjoy bicycles with electric drive, so-called pedelecs or e-bikes, increasing popularity, as the cyclist is relieved by the support of the electric motor of the pedaling a piece far. In addition, he will be able to achieve higher speeds, or to climb larger slopes, among other things.

Ein weiterer Gesichtspunkt, welcher für eine weitere Ausbreitung von Fahrrädern mit Elektroantrieb spricht, ist die global zunehmende Verstädterung. Immer mehr Menschen leben in Ballungsgebieten mit zunehmender Bevölkerungsdichte. Die individuelle Mobilität muss daher auf immer knapperem Raum und emissionsarm stattfinden, da es sonst entweder zum logistischen oder ökologischen Kollaps kommt.Another aspect that speaks in favor of the further expansion of electric-powered bicycles is the increasing global urbanization. More and more people live in urban areas with increasing population density. Individual mobility must therefore take place in ever-smaller space and with low emissions, otherwise there will be either logistical or ecological collapse.

Die Aufgabenstellung ist es daher unter obigen Gesichtspunkten einen emissionsarmen Antrieb für ein leichtes und kleines Fortbewegungsmittel (z. B.: Fahrrad) zu entwickeln, welcher Muskelkraft (die emissionsärmste Antriebskraft) mit elektrischer Antriebskraft verbindet.The task is therefore to develop a low-emission drive for a light and small means of transportation (eg: bicycle), which combines muscle power (the lowest-emission driving force) with electric driving force under the above aspects.

Derzeit gibt es zum einen eine Vielzahl an form- und reibschlüssigen Getriebevarianten (im Wesentlichen Kettenschaltungen/Nabenschaltungen) für Fahrräder, zum anderen eine Vielzahl von Konzepten, bei welchen ein Elektromotor das Fahren unterstützt (im Vorderrad, im Hinterrad oder in der Nähe des Tretlagers). Nach heutigem Kenntnisstand gibt es aber kein Antriebskonzept welches ein integriertes System anbietet, das ein Getriebe mit einem Elektromotor kombiniert. Auf den folgenden Seiten wird ein stufenlos arbeitendes Nabengetriebe vorgestellt, in welches ein Elektromotor integriert werden kann. Dargestellt wird dies an der Variante mit integriertem Elektromotor.Currently, there are a variety of form and frictional transmission variants (essentially derailleurs / hub gears) for bicycles, on the other hand, a variety of concepts in which an electric motor supports driving (in the front, in the rear or in the vicinity of the bottom bracket) , According to current knowledge, however, there is no drive concept which offers an integrated system that combines a transmission with an electric motor. On the following pages, a continuously variable hub transmission is presented in which an electric motor can be integrated. This is shown on the variant with integrated electric motor.

Die Anforderung an ein Nabengetriebe für Fahrräder sind hierbei ein möglichst großer Übersetzungsbereich (>> 200% insbesondere bei Betrieb in Kombination mit einem Elektromotor), geringes Gewicht (möglichst unter zwei Kilogramm), hoher Wirkungsgrad (zwischen 90 und 98%) und ein günstiger Preis.The requirement for a hub transmission for bicycles here is the largest possible translation range (>> 200%, especially when operating in combination with an electric motor), low weight (possibly less than two kilograms), high efficiency (between 90 and 98%) and a low price ,

Ein Elektroantrieb sollte ebenfalls nicht zu schwer sein (möglichst unter zwei Kilogramm), und ein wirksames Drehmoment (rund 20–30 Nm) bei fahrradüblichen Geschwindigkeiten (18–25 km/h) entwickeln. Radial kleine und damit leichte Motoren bedürfen eines ins Langsame übersetzenden Getriebes, um die Drehzahl-/Drehmoment-Kennlinien an die Erfordernisse eines Fahrrades anzupassen. Dies kann als Nachteil verstanden werden, da ein zusätzliches Getriebe das Gewicht, die Kosten und die Komplexität erhöht. Auch auf dem Markt befindliche sog. Direct Drive Motoren ohne Getriebe, bauen vom Durchmesser sehr groß (> 200 mm) und sind in der Regel sehr schwer. (Gewicht ca. 5 kg)An electric drive should also not be too heavy (possibly less than two kilograms), and develop an effective torque (around 20-30 Nm) at normal bicycle speeds (18-25 km / h). Radial small and therefore light engines require a slow-speed gearbox to adapt the speed / torque characteristics to the needs of a bicycle. This can be considered a disadvantage as an additional transmission adds weight, cost and complexity. Also available on the market so-called direct drive motors without gearbox, build the diameter very large (> 200 mm) and are usually very heavy. (Weight about 5 kg)

Zudem begrenzt die lichte Weite des Hinterbaus von Standardfahrradrahmen zur Aufnahme der Nabe, respektive des Hinterrades, die Baugröße in der Breite. Die lichte Weite beträgt bei den meisten Moutainbikes und Tourenrädern 135 mm. Weitere Randbedingungen sind die Antriebsleistung des Fahrradfahrers von max. 1.500 Watt, das maximale Drehmoment an der Tretkurbel von 235 Nm, das von einem Hinterrad an einem Fahrrad maximal übertragbare Drehmoment von 250 Nm sowie die üblichen Trittfrequenzen eines Fahrradfahrers von 50–80 Umdrehungen pro Minute (Werte aus der Fachliteratur).In addition, the clear width of the rear end of standard bicycle frame for receiving the hub, respectively the rear wheel limits the size in width. The clear width is 135 mm for most mountain bikes and touring bikes. Other boundary conditions are the drive power of the cyclist of max. 1,500 watts, the maximum torque at the crank of 235 Nm, the maximum of a rear wheel on a bicycle transmissible torque of 250 Nm and the usual cadence of a cyclist of 50-80 revolutions per minute (values from the literature).

Untersucht man unter all diesen Gesichtspunkten die Möglichkeiten des Einsatzes bekannter Reibgetriebebauformen, ist es sinnvoll zunächst nach dem Wirkungsgrad zu fragen, da dieser ein Ausschlusskriterium darstellt. Der Wirkungsgrad lässt sich grundsätzlich an einem sog. Bohr/Wälzverhältnis ablesen. Wobei kleine Bohr/Wälzverhältnisse grundsätzlich für eine hohe Effizienz bei der Reibkraftübertragung und somit in der Regel für einen hohen Wirkungsgrad stehen. Dieses Bohr/Wälzverhältnis verändert sich in der Regel mit der Übersetzung. Möchte man Wirkungsgrade von über 90% realisieren bei gleichzeitig großem Übersetzungsverhältnis kommen nur folgende Bauformen in Betracht: Kegel-Scheiben-Getriebe, Doppelkegel-Ring-Getriebe, Voll- und Halbtoroidgetriebe, Kegelringgetriebe sowie Schub- und Zuggliederbandbetriebe. Untersucht man diese Bauformen im Hinblick auf die Randbedingungen Gewicht, Bauvolumen und Leistungsvermögen für den Einsatz in einem Fahrrad nach obigen Annahmen, bleiben die Getriebebauformen Doppelkegel-Ring-Getriebe und Voll-Halbtoroidgetriebe übrig. Da bei Voll- und Halbtoroidgetrieben die Lagerung der sog. Roller und deren Kippwinkeleinstellung für eine Übersetzungsveränderung mechanisch sehr aufwendig ist, fallen auch diese beiden Bauformen weg.If one examines the possibilities of using known friction gear designs from all these points of view, it makes sense first to ask about the efficiency, since this represents an exclusion criterion. The efficiency can basically be read on a so-called Bohr / Wälzverhältnis. Wherein small Bohr / Wälzverhältnisse basically for a high efficiency in the frictional force transmission and thus usually for a high efficiency. This Bohr / Wälzverhältnis usually changes with the translation. If you want to achieve efficiencies of more than 90% with a large transmission ratio, only the following types are considered: tapered-disc transmission, double-cone-ring transmission, full and half toroidal transmission, conical-ring transmission as well as push and pull belt systems. If one examines these designs with regard to the boundary conditions of weight, construction volume and performance for use in a bicycle according to the above assumptions, the transmission types double-cone-ring transmission and full-half-toroidal transmission remain. Since in full and half-toroidal gearboxes the storage of the so-called. Rollers and their tilt angle adjustment for a ratio change is mechanically very expensive, fall even these two types.

Der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde oben definierte Gesamtübersetzungs-, Wirkungsgrad-, Gewichts-, Baugrößen-, und Leistungsanforderungen in einer stufenlos einstellbaren Fahrradgetriebenabe zu realisieren in welcher zudem ein Elektromotor integriert werden kann.The indicated in the claims invention is based on the problem above to realize total translation, efficiency, weight, size, and power requirements in a continuously variable bicycle hub to realize in which also an electric motor can be integrated.

Gelöst wird dieses Problem durch die Kombination eines Doppelkegel-Ring-Getriebes (2) als Reibgetriebe mit einer Planetenstufe (3) als formschlüssiges Getriebe mit feststehendem Hohlrad (3c).This problem is solved by the combination of a double-cone ring gear ( 2 ) as a friction gear with a planetary stage ( 3 ) as a positive gear with fixed ring gear ( 3c ).

Durch die Verwendung eines Reibgetriebes (2) mit doppelkegelförmigen Reibkörpern (2b) bleibt das Bohr-/Wälzverhältnis bei Übersetzungsveränderung entgegen dem stufenlosen Getriebe von Fallbrook (NuVinci N360) nahezu konstant, da die Rotationsachsen der kegeligen Reibkörper Ihre Winkellagen bei Übersetzungsveränderung nicht ändern. Somit steigt die Verlustleistung im Underdrive bzw. Overdrive nicht so stark an.By using a friction gear ( 2 ) with double conical friction bodies ( 2 B ), the gear ratio remains almost constant when the gear ratio is changed from that of the Fallbrook continuously variable transmission (NuVinci N360), since the axes of rotation of the tapered friction elements do not change their angular positions when the gear ratio changes. Thus, the power loss in the underdrive or overdrive does not increase so much.

Die Kombination von kraft- und formschlüssiger Leistungsübertragung durch ein Reib- (2) und ein Zahnradgetriebe (3) erlaubt zudem die Reduktion des im Reibgetriebe (2) zu übertragenden Drehmomentes, welches generell einen limitierenden Faktor bei der Leistungsübertragung von Reibgetrieben darstellt. Die Übertragung eines hohen Drehmomentes und damit hoher Umfangskräfte erfordert auch immer hohe Anpresskräfte, welche wiederum zu hohen hertzschen Pressungen in den Reibflächen und damit erhöhtem Verschleiß führen. Durch das Nachschalten einer Planetenstufe (3) als Reduzierstufe verringern sich die Drehmomentanforderungen am Getriebeausgang des Reibgetriebes (2) und damit die hertzsche Pressung in den Reibflächen. Eine weitere Reduktion der hertzschen Pressungen wird hier erfindungsgemäß durch den Antrieb des Steges (2a) des Reibgetriebes (2) erzielt. Dadurch teilt sich das Antriebsmoment auf die beiden Reibflächen (2b–2c und 2b–2d) auf. Das Reibgetriebe (2) arbeitet damit als Hochtreiberstufe mit einem Übersetzungsverhältnis < 1.The combination of non-positive and positive power transmission through a friction ( 2 ) and a gear transmission ( 3 ) also allows the reduction in the friction gear ( 2 ) to be transmitted torque, which generally represents a limiting factor in the power transmission of friction gears. The transmission of high torque and thus high circumferential forces also always requires high contact forces, which in turn lead to high hertzian pressure in the friction surfaces and thus increased wear. By connecting a planetary stage ( 3 ) as a reduction stage, the torque requirements at the transmission output of the friction gear ( 2 ) and thus the hertzian pressure in the friction surfaces. A further reduction of the hertzian pressure is inventively here by the drive of the web ( 2a ) of the friction gear ( 2 ) achieved. This divides the drive torque on the two friction surfaces ( 2 B - 2c and 2 B - 2d ) on. The friction gear ( 2 ) works as a high-drive stage with a transmission ratio <1.

Eine Gewichts-/Kosten- und Komplexitätseinsparung wird durch die gemeinsame Nutzung der Planetenstufe (3) durch das Reibgetriebe (2) und den Elektromotor (20) realisiert. Sowohl Elektromotor als auch Reibgetriebe stellen vergleichsweise geringe Drehmomente zur Verfügung. Das Reibgetriebe (2) auf Grund der Übersetzung ins Schnelle für geringe hertzsche Pressungen in den Reibflächen, der Elektromotor (20) auf Grund seiner radial beschränkten Baugröße bei geringem Gewicht.A weight / cost and complexity saving is achieved by sharing the planetary stage ( 3 ) by the friction gear ( 2 ) and the electric motor ( 20 ) realized. Both electric motor and friction gear provide comparatively low torques available. The friction gear ( 2 ) due to the translation into fast for low hertzian pressure in the friction surfaces, the electric motor ( 20 ) due to its limited radial size and low weight.

Beschreibung der Funktionsweise:Description of how it works:

Das vom Fahrer über Kette oder Zahnriemen angetriebene Ritzel (1) treibt über einen Freilauf (Sperrklinken oder Klemmkörperfreilauf) (13) die Hohlwelle (4) welche über Ihre Außenverzahnung den innenverzahnten Steg (2a) des Doppelkegelring-Getriebes (2) antreibt.The pinion driven by the driver via chain or toothed belt ( 1 ) drives via a freewheel (pawls or sprag clutches) ( 13 ) the hollow shaft ( 4 ) which via its external toothing the internally toothed web ( 2a ) of the double-cone ring gear ( 2 ) drives.

Der Steg (2a) ist auf einer Trapezgewindemutter (7) wälzgelagert und mit dieser axial verschiebbar. Die Trapezgewindemutter (7) wird durch die Trapezgewindespindel (8) bewegt, welche an der Getriebeaußenseite betätigt werden kann. Die Trapezgewindemutter (7) greift mit ihrer Innenverzahnung auf die außenverzahnte Hohlwelle (6) und ist auf dieser axial verschiebbar und mit dieser drehfest verbunden. (Zeichnung 2)The footbridge ( 2a ) is on a trapezoidal nut ( 7 ) roller-mounted and axially displaceable with this. The trapezoidal nut ( 7 ) is caused by the trapezoidal threaded spindle ( 8th ), which can be actuated on the outside of the transmission. The trapezoidal nut ( 7 ) engages with its internal toothing on the externally toothed hollow shaft ( 6 ) and is axially displaceable on this and rotatably connected thereto. (Drawing 2)

Die in dem Steg (2a) wälzgelagerten Doppelkegelrollen (2b) stehen dabei mit den Reibringen (2c und 2d) in reibschlüssiger Verbindung (2b–2c und 2b–2d). Die Reibringe (2c und 2d) sind durch die Spreizkupplungen (16 und 17) axial gegen die Doppelkegelrollenmantelflächen angefedert. Realisiert wird dies durch mehrere Druckfedern (16d und 17d) in den Spreizkupplungen (16 und 17), welche zwischen deren Stützringen (16a und 17a) und den Reibringen (2c und 2d) angeordnet sind. In einer Ausführungsvariante werden die Spreizkupplungen (16 und 17) über ihre Laufringe (16b und 17b) gegen das Nabengehäuse (12) mittels Wellenfeder oder Spiraldruckfedern angefedert.The in the jetty ( 2a ) roller bearing double cone rollers ( 2 B ) stand with the friction rings ( 2c and 2d ) in frictional connection ( 2 B - 2c and 2 B - 2d ). The friction rings ( 2c and 2d ) are by the Spreizkupplungen ( 16 and 17 ) axially against the double-cone roller shell surfaces springing. This is realized by several compression springs ( 16d and 17d ) in the spreader couplings ( 16 and 17 ), which between their support rings ( 16a and 17a ) and the friction rings ( 2c and 2d ) are arranged. In one embodiment, the Spreizkupplungen ( 16 and 17 ) over their races ( 16b and 17b ) against the hub shell ( 12 ) is spring-loaded by means of wave spring or spiral compression springs.

Beide Spreizkupplungen (16 und 17) stützen sich axial wälzgelagert im Inneren des Nabengehäuses (12) über ihre Laufringe (16b und 17b) ab. Der Stützring (16a) der Spreizkupplung (16) ist drehfest über die innenverzahnte Drehmomentstütze (5) mit der außenverzahnten Hohlwelle (6) verbunden, an welcher außerhalb des Getriebes das von der Drehmomentstütze (5) und das von der Trapezgewindemutter (7) eingeleitete Drehmoment abgestützt werden kann. Der Stützring (17a) der Spreizkupplung (17) rotiert mit dem Reibring (2d) mit. Der Stützring (17a) der Spreizkupplung (17) ist außenverzahnt und bildet gleichzeitig das Sonnenrad (3a) der Planetenstufe (3). In einer Ausführungsvariante ist das Sonnenrad (3a) auf den Stützring (17a) aufgepresst. (Zeichnungen 3, 4 und 5)Both spreader couplings ( 16 and 17 ) are supported axially on the inside of the hub shell ( 12 ) over their races ( 16b and 17b ). The support ring ( 16a ) of the expansion coupling ( 16 ) is rotationally fixed on the internally toothed torque arm ( 5 ) with the externally toothed hollow shaft ( 6 ), on which outside of the transmission that of the torque arm ( 5 ) and that of the trapezoidal nut ( 7 ) introduced torque can be supported. The support ring ( 17a ) of the expansion coupling ( 17 ) rotates with the friction ring ( 2d ) With. The support ring ( 17a ) of the expansion coupling ( 17 ) is externally toothed and at the same time forms the sun gear ( 3a ) of the planetary stage ( 3 ). In one embodiment, the sun gear ( 3a ) on the support ring ( 17a ) pressed on. (Drawings 3, 4 and 5)

Die Planeten (3b) der Planetenstufe (3) treiben über Ihre Lagerachsen (3d) das Nabengehäuse (12) und damit das Hinterrad des Fahrrades an. Das Hohlrad (3c) ist mit dem inneren Gehäuse (11) verbunden, welches mit dem Stützring (16a) der Spreizkupplung (16) und damit mit der Drehmomentstütze (5) verbunden ist. In einer Ausführungsvariante sind die Planeten (3b) der Planetenstufe zweistufig. In einer Ausführungsvariante sind die Planeten (3b) auf einem gemeinsamen Steg gelagert, welcher mit dem Nabengehäuse (12) verbunden ist. (Zeichnung 6)The planets ( 3b ) of the planetary stage ( 3 ) drive over your bearing axes ( 3d ) the hub shell ( 12 ) and thus the rear wheel of the bicycle. The ring gear ( 3c ) is connected to the inner housing ( 11 ), which with the support ring ( 16a ) of the expansion coupling ( 16 ) and thus with the torque arm ( 5 ) connected is. In one embodiment, the planets ( 3b ) of the planetary stage in two stages. In one embodiment, the planets ( 3b ) mounted on a common web, which with the hub shell ( 12 ) connected is. (Drawing 6)

Wird durch das Ritzel (1) ein Drehmoment eingeleitet, wird der Steg (2a) des Reibgetriebes (2) in Drehbewegung versetzt und nimmt die in ihm gelagerten Doppelkegelrollen (2b) mit. Die axiale Vorspannung der Spreizkupplungen (16 und 17) sorgt dabei dafür, dass die Doppelkegelrollen (2b) nicht zwischen den beiden Reibringen (2c und 2d) durchrutschen sondern auf Ihnen abwälzen. Bei Drehmomentaufbau am Reibring (2d), also dem Abrufen einer Abtriebsleistung, erzeugt die Spreizkupplung (17) eine drehmomentproportionale Axialkraft, welche den Reibring (2d) auf die Kegeloberfläche presst und damit die nötige Normalkraft auf die Reibfläche (2b–2d) zur Übertagung der aus dem Drehmoment resultierenden Umfangskraft. Die Spreizkupplung (16) erzeugt ihrerseits eine drehmomentproportionale Axialkraft (induziert durch die Haltekraft in Umfangsrichtung in der Reibstelle (2b–2c)), welche den Reibring (2c) auf die Kegeloberfläche presst und damit die nötige Normalkraft auf die Reibfläche (2b–2c) zur Übertagung der Haltekraft in Umfangsrichtung.Is by the pinion ( 1 ) introduced a torque, the web ( 2a ) of the friction gear ( 2 ) is rotated and takes the stored in him double cone rollers ( 2 B ) With. The axial preload of the Spreizkupplungen ( 16 and 17 ) ensures that the double tapered rollers ( 2 B ) not between the two friction rings ( 2c and 2d ) but slip on you. With torque buildup on the friction ring ( 2d ), ie the retrieval of a power output, generates the Spreizkupplung ( 17 ) a torque-proportional axial force which the friction ring ( 2d ) presses on the conical surface and thus the necessary normal force on the friction surface ( 2 B - 2d ) for transmitting the torque resulting from the circumferential force. The expansion coupling ( 16 ) generates in turn a torque-proportional axial force (induced by the holding force in the circumferential direction in the friction point ( 2 B - 2c )), which the friction ring ( 2c ) presses on the conical surface and thus the necessary normal force on the friction surface ( 2 B - 2c ) for transmitting the holding force in the circumferential direction.

Der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde einen Elektromotor (20) innerhalb des Getriebes zu integrieren, welcher auch die Planetenstufe (3) zur Drehzahlreduktion bzw. Drehmomenterhöhung nutzt. Gelöst wird dieses Problem durch die Integration des Rotors (20a) des Elektromotors (20) auf dem Stützring (17a) der Spreizkupplung (17) und die Integration des Stators (20b) auf dem inneren Gehäuse (11) welches drehfest mit dem Stützring (16a) der Spreizkupplung (16) und damit mit der Drehmomentstütze (5) verbunden ist.The invention specified in the claims addresses the problem of an electric motor ( 20 ) within the transmission, which also includes the planetary stage ( 3 ) for speed reduction or torque increase uses. This problem is solved by the integration of the rotor ( 20a ) of the electric motor ( 20 ) on the support ring ( 17a ) of the expansion coupling ( 17 ) and the integration of the stator ( 20b ) on the inner housing ( 11 ) which rotatably with the support ring ( 16a ) of the expansion coupling ( 16 ) and thus with the torque arm ( 5 ) connected is.

Dadurch ist es auch möglich, dass der Motor als Generator und als Bremse agiert. Zudem ist eine Fahrt mit leerer Batterie möglich. Lediglich das Schleppmoment des Motors wäre zu überwinden. Um dies zu vermeiden könnte in einer Ausführungsvariante ein Freilauf (Klemmkörper- oder Sperrklinkenfreilauf) zwischen Rotor (20a) und Stützring (17a) installiert werden. (Zeichnung 7)This also makes it possible for the motor to act as a generator and as a brake. In addition, a ride on an empty battery is possible. Only the drag torque of the engine would be overcome. To avoid this, in one embodiment, a freewheel (sprag or pawl freewheel) between rotor ( 20a ) and support ring ( 17a ) are installed. (Drawing 7)

Der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde die Übersetzungsveränderung des Getriebes von außerhalb des Getriebes zu realisieren und dies mit einem geringen Drehmoment, welcher an einem Handdrehgriff am Lenker eines Fahrrades durch den Fahrer komfortabel erzeugt werden kann.The invention specified in the claims is based on the problem of realizing the ratio change of the transmission from outside the transmission and this with a low torque, which can be conveniently generated on a hand twist grip on the handlebar of a bicycle by the driver.

Gelöst wird dieses Problem durch die axiale Verstellung des Steges (2a) durch eine Trapezgewindemutter (7) und eine Trapezgewindespindel (8), welche außerhalb des Getriebegehäuses angetrieben wird und auf der Nabenachse (10) und im Inneren der Ritzelnabe (9) und der Hohlwelle 4 wälzgelagert ist. Alternativ kann der axiale Antrieb des Steges (2a) durch eine Kugelumlaufgewindemutter und Kugelumlaufgewindespindel, welche ihrereseits wälzgelagert sind erfolgen. Dadurch reduziert sich das erforderliche Drehmoment am Handdrehgriff auf Grund der geringeren Wälzreibung der Kugelumlaufmutter auf der Kugelumlaufspindel. (Zeichnung 8)This problem is solved by the axial adjustment of the web ( 2a ) by a trapezoidal nut ( 7 ) and a trapezoidal threaded spindle ( 8th ), which is driven outside of the transmission housing and on the hub axle ( 10 ) and inside the pinion hub ( 9 ) and the hollow shaft 4 is stored on roller bearings. Alternatively, the axial drive of the web ( 2a ) by a recirculating ball nut and recirculating ball screw, which are Wälzgelagert theirs done. This reduces the torque required on the hand grip due to the lower rolling friction of the recirculating ball nut on the ball screw. (Drawing 8)

Claims

Infinitely variable transmission for bicycles, pedelecs and e-bikes with optionally integrated electric motor, which has a large chainring driven by muscle power or a large toothed belt pulley on the crank, a chain or a toothed belt and a smaller sprocket ( 1 ) or a smaller toothed belt pulley is driven, characterized in that the pinion ( 1 ) via a hollow shaft ( 4 ) the axially displaceable web ( 2a ) of a double bevel ring gear ( 2 ) drives rotationally. The in the jetty ( 2a ) radially rolling double cone rollers ( 2 B ) in frictional connection with the friction rings ( 2c and 2d ) stand. The friction rings ( 2c and 2d ) at idle and under load from the spreader couplings ( 16 and 17 ) are pressed against the double bevel roller shell surfaces, at idle by in the Spreizkupplungen ( 16 and 17 ), between the friction rings ( 2c and 2d ) and the support rings ( 16a and 17a ) arranged compression springs ( 16d and 17d ) and under load by the of the Spreizkupplungen ( 16 and 17 ) torque proportional generated axial forces. The two expansion couplings ( 16 and 17 ) axially roller bearings in the common hub shell ( 12 ) with your two races ( 16b and 17b ). The support ring ( 16a ) of the expansion coupling ( 16 ) with the torque arm ( 5 ) connected is. The internally toothed torque support ( 5 ) rotatably on the externally toothed hollow shaft ( 6 ) is mounted, on which outside of the transmission, a torque can be supported. The double tapered rollers ( 2 B ) via the frictional contact ( 2 B - 2d ) the friction ring ( 2d ) rotationally driving and thereby at the friction ring ( 2c ) in frictional contact ( 2 B - 2c ). The friction ring ( 2d ) the support ring ( 17a ) of the expansion coupling ( 17 ) drives. The externally toothed support ring ( 17a ) also sun wheel ( 3a ) of the planetary stage ( 3 ). The bearing axes ( 3d ), the planet ( 3b ), the planetary stage ( 3 ) the hub shell ( 12 ). The ring gear ( 3c ) of the planetary stage ( 3 ) with the inner housing ( 11 ) connected to the support ring ( 16a ) of the expansion coupling ( 16 ) connected is.

Continuously variable transmission for bicycles, pedelecs and e-bikes with optionally integrable electric motor according to claim 1, characterized in that the rotor ( 20a ) of an electric motor ( 20 ) with the support ring ( 17a ) of the expansion coupling ( 17 ) connected is. The stator ( 20b ) of the electric motor ( 20 ) with the inner housing ( 11 ) connected is.

Continuously variable transmission for bicycles, pedelecs and e-bikes with optionally integrable electric motor according to claim 1, characterized in that the axial displacement of the web ( 2a ) by a trapezoidal nut ( 7 ) on which the bridge ( 2a ) is carried out radially and axially roller bearings. The trapezoidal nut ( 7 ) by a trapezoidal threaded spindle ( 8th ), which is driven outside the transmission. The trapezoidal nut ( 7 ) via an internal toothing rotatably and axially displaceable on the externally toothed hollow shaft ( 6 ) is stored.

Stepless transmission for bicycles, pedelecs and e-bikes with optionally integrated electric motor according to claim 1, characterized in that between pinion ( 1 ) and hollow shaft ( 4 ) a freewheel ( 13 ) is mounted.

Stepless transmission for bicycles, pedelecs and e-bikes with optional integrated electric motor according to claim 1, characterized in that the planetary gear ( 3b ) is carried out in two stages and the sun gear ( 3a ) in the one and the ring gear ( 3c ) intervenes in the other stage.

Stepless transmission for bicycles, pedelecs and e-bikes with optionally integrable electric motor according to claim 1, characterized in that the planets ( 3b ) of the planetary stage ( 3 ) are mounted on a common web, which with the housing ( 12 ) connected is.

Continuously variable transmission for bicycles, pedelecs and e-bikes with optionally integrable electric motor according to claim 1, characterized in that between rotor ( 20a ) and support ring ( 17a ) a freewheel is mounted.

Continuously variable transmission for bicycles, pedelecs and e-bikes with optionally integrable electric motor according to claim 1, characterized in that between hub shell ( 12 ) and the races ( 16b and 17b ) A wave spring is mounted, which axially rebounds the respective race.

Continuously variable transmission for bicycles, pedelecs and e-bikes with optionally integrable electric motor according to claim 1, characterized in that between hub shell ( 12 ) and the races ( 16b and 17b ) One or more coil springs are mounted, which axially sprung the race.

Continuously variable transmission for bicycles, pedelecs and E-bikes with optional integrated electric motor according to claim 1, characterized in that the sun gear ( 3a ) on the support ring ( 17a ) is pressed.