DE102012023150A1

DE102012023150A1 - Infinitely-variable gear system for e.g. bicycles, has clutch axially supported in transmission housing, large toothed wheel small gear driving spur gear, and pinion large gear driving chain drive, which is arranged outside housing

Info

Publication number: DE102012023150A1
Application number: DE201210023150
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2014-05-28

Abstract

The system has an expanding coupling (16) including a support ring (16a), where the support sing and an inner housing (40) are non-rotatably connected with a transmission housing (30). The expanding clutch (17) is axially supported in the transmission housing. Double-tapered rollers are rotatably driven on frictional contacts (2b-2d) through the friction ring. A small gear (4a) of a large toothed wheel (4b) drives a spur gear. A large gear of a pinion (11) drives a chain drive, which is arranged outside the transmission housing.

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 zusätzlicher Gesichtspunkt, welcher für eine weitere Ausbreitung von Fahrrädern mit Elektroantrieb spricht, ist die global zunehmende Verstädterung. Immer mehr Menschen leben in Ballungsgebieten mit hoher Bevölkerungsdichte. Die individuelle Mobilität muss daher auf immer knapperem Raum und emissionsarm stattfinden, da es sonst entweder zum logistischen oder ökologischen Kollaps kommt.An additional aspect that speaks in favor of the further expansion of electric-powered bicycles is the increasing global urbanization. More and more people live in densely populated urban areas. 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 Tretlagergetriebe 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 bottom bracket 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 Tretlagergetriebe 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 bottom bracket gear 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) Zudem ist die Einbaubreite des Getriebes durch die lichte Weite zwischen den Tretkurbeln begrenzt. Zusätzlich ist auf einer Seite die Kettenlinie zu beachten, welche den Abstand der Fahrradmitte zur Mitte der Kette bzw. der Verzahnung des Kettenblattes in Fahrtrichtung beschreibt. Diese beträgt rund 50 mm. Möchte man nun das Getriebe symmetrisch über der Fahrradmitte platzieren, ergibt sich eine nutzbare Breite von max. 90 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).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 approx. 5 kg) In addition, the installation width of the gear unit is limited by the clear width between the cranks. In addition, on one side of the chain line is to be noted, which describes the distance of the center of the bicycle to the middle of the chain or the teeth of the chainring in the direction of travel. This is about 50 mm. If you now want the gearbox symmetrical over the Center of the bike results in a usable width of max. 90 mm. 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 Zuggliederbandgetriebe. 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 realize efficiencies of more than 90% with a large transmission ratio, only the following types are considered: tapered-disc gearbox, double-cone ring gearbox, full and half toroidal gearbox, bevel ring gearbox as well as push and pull belt transmission. 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 einem stufenlos einstellbaren Tretlagergetriebe zu realisieren in welchem 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 adjustable bottom bracket gear in which also an electric motor can be integrated.

Gelöst wird dieses Problem durch die Kombination eines Doppelkegel-Ring-Getriebes (2) als Reibgetriebe mit zwei Stirnradstufen (3 und 4) als formschlüssige Getriebe, wobei eine als Hochtreiberstufe (3) vor dem Reibgetriebe (2) und die andere als Reduzierstufe (4) nach dem Reibgetriebe (2) arbeitet.This problem is solved by the combination of a double-cone ring gear ( 2 ) as a friction gear with two spur gears ( 3 and 4 ) as a positive gear, one as Hochtreiberstufe ( 3 ) in front of the friction gear ( 2 ) and the other as reducing stage ( 4 ) after the friction gear ( 2 ) is working.

Durch die Verwendung eines Reibgetriebes (2) mit doppelkegelförmigen Reibkörpern (2b) bleibt das Bohr-/Wälzverhältnis bei Übersetzungsveränderung entgegen dem stufenlosen Getriebe von Fallbrook (Nu Vinci 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 ratio is changed in contrast to the continuously variable gearbox of the Fallbrook (Nu Vinci N360), because 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 zwei Zahnradgetriebe (3 und 4) 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 Vorschalten einer Stirnradstufe als Hochtreiberstufe (3) verringert sich das hohe Drehmoment (235 Nm) der Tretkurbelachse (1) am Reibgetriebeeingang. Durch das Nachschalten einer Stirnradstufe (4) 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 auch als Hochtreiberstufe mit einem Übersetzungsverhältnis < 1.The combination of non-positive and positive power transmission through a friction ( 2 ) and two gear transmissions ( 3 and 4 ) 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 the upstream of a spur gear as Hochtreiberstufe ( 3 ) reduces the high torque (235 Nm) of the pedal crank axle ( 1 ) at the friction gear input. By connecting a spur gear stage ( 4 ) 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 ) thus also works as a high-drive stage with a transmission ratio <1.

Eine Gewichts-/Kosten- und Komplexitätseinsparung wird erfindungsgemäß durch die gemeinsame Nutzung der Stirnradstufe (4) durch das Reibgetriebe (2) und den Elektromotor (20) realisiert. Sowohl Elektromotor (20) als auch Reibgetriebe (2) 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 savings according to the invention by the common use of the spur gear ( 4 ) by the friction gear ( 2 ) and the electric motor ( 20 ) realized. Both electric motor ( 20 ) as well as friction gear ( 2 ) provide comparatively low torques. 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:

Die vom Fahrer über Tretkurbeln rotatorisch angetriebene Tretkurbelachse (1) treibt das große Zahnrad (3a) einer Stirnradstufe (3) an, welches ein kleines Zahnrad (3b) antreibt, das über seine Außenverzahnung (3baz) den innenverzahnten Steg (2a) des Doppelkegelring-Getriebes (2) antreibt. In einer Ausführungsvariante treibt ein großes Zahnriemenrad über einen Zahnriemen ein kleines Zahnriemenrad an. In einer weiteren Ausführungsvariante treibt ein großes Kettenblatt über eine Kette ein kleines Ritzel an.The pedal crankshaft rotationally driven by the driver via cranks ( 1 ) drives the big gear ( 3a ) of a spur gear stage ( 3 ), which is a small gear ( 3b ), which, via its external teeth ( 3baz ) the internally toothed web ( 2a ) of the double-cone ring gear ( 2 ) drives. In one embodiment, a large toothed belt wheel drives a small toothed belt wheel via a toothed belt. In a further embodiment, a large chainring drives a small pinion via a chain.

Die Tretkurbelachse (1) ist auf der in Fahrtrichtung gesehen linken Seite im Getriebegehäuse (30) radial und axial wälzgelagert. Das große Zahnrad (3a) der Stirnradstufe (3) ist drehfest und achsfest mit der Tretkurbelachse (1) verbunden. Das kleine Zahnrad (3b) der Stirnradstufe (3) ist auf einer Hohlwelle (6) radial und axial wälzgelagert. Die Hohlwelle (6) ist auf der in Fahrtrichtung gesehen linken Seite dreh- und achsfest mit dem Getriebegehäuse (30) verbunden. Der Steg (2a) des Reibgetriebes (2) ist auf einer Trapezgewindemutter (7) wälzgelagert und mit dieser axial verschiebbar. (Zeichnungen 1 und 2)The pedal crank axle ( 1 ) is on the left side seen in the direction of travel in the transmission housing ( 30 ) radially and axially roller bearings. The big gear ( 3a ) of the spur gear stage ( 3 ) is rotationally fixed and axle-resistant with the pedal crank axle ( 1 ) connected. The small Gear ( 3b ) of the spur gear stage ( 3 ) is on a hollow shaft ( 6 ) radially and axially roller bearings. The hollow shaft ( 6 ) is on the left side seen in the direction of travel rotatable and axially fixed to the transmission housing ( 30 ) connected. The footbridge ( 2a ) of the friction gear ( 2 ) is on a trapezoidal nut ( 7 ) roller-mounted and axially displaceable with this. (Drawings 1 and 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 wird die Spreizkupplung (16) über ihren Stützring (16a) und die Spreizkupplung (17) über Ihren Laufring (17b) gegen das Getriebegehäuse (30) bzw. innere Gehäuse (40) mittels Wellenfeder oder Spiraldruckfedern angefedert. (Zeichnungen 1, 2, 3 und 4)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 spreader ( 16 ) over its support ring ( 16a ) and the Spreizkupplung ( 17 ) over your race ( 17b ) against the transmission housing ( 30 ) or inner housing ( 40 ) is spring-loaded by means of wave spring or spiral compression springs. (Drawings 1, 2, 3 and 4)

Die Spreizkupplung (16) stützt sich axial im Inneren des Getriebegehäuses (30) und im inneren Gehäuse (40) über ihren Stützring (16a) ab. Die Spreizkupplung (17) stützt sich axial im Inneren des Getriebegehäuses (30) über ihren Laufring (17b) ab und ist mit ihrem Stützring (16a) radial im Getriebegehäuse (30) wälzgelagert. Der Stützring (16a) der Spreizkupplung (16) ist drehfest mit dem Getriebegehäuse (30) und inneren Gehäuse (40) verbunden. Der Stützring (17a) der Spreizkupplung (17) rotiert mit dem Reibring (2d) mit. Der Stützring (17a) der Spreizkupplung (17) ist außenverzahnt und bildet gleichzeitig das kleine Zahnrad (4a) der Stirnradstufe (4). In einer Ausführungsvariante ist das kleine Zahnrad (4a) auf den Stützring (17a) aufgepresst. (Zeichnungen 2 und 3)The expansion coupling ( 16 ) is supported axially in the interior of the transmission housing ( 30 ) and in the inner housing ( 40 ) over its support ring ( 16a ). The expansion coupling ( 17 ) is supported axially in the interior of the transmission housing ( 30 ) over its raceway ( 17b ) and with its support ring ( 16a ) radially in the transmission housing ( 30 ) roller-mounted. The support ring ( 16a ) of the expansion coupling ( 16 ) is rotationally fixed to the transmission housing ( 30 ) and inner housing ( 40 ) connected. 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 forms at the same time the small gear ( 4a ) of the spur gear stage ( 4 ). In one embodiment, the small gear ( 4a ) on the support ring ( 17a ) pressed on. (Drawings 2 and 3)

Das große Zahnrad (4b) der Stirnradstufe (4) treibt das Ritzel (11) eines Kettentriebes an, welcher über eine Kette das Kettenblatt eines Antriebsrades des Fahrrades antreibt. In einer Ausführungsvariante treibt das große Zahnrad (4b) das kleine Zahnriemenrad eines Zahnriementriebes an, welcher über einen Zahnriemen das große Zahnriemenrad an einem Antriebsrad eines Fahrrades antreibt. Das große Zahnrad (4b) ist dabei axial und radial im Gehäuse (30) wälzgelagert. Die Tretkurbelachse (1) ist in der Nabe des großen Zahnrades (4b) radial wälzgelagert. (Zeichnung 1)The big gear ( 4b ) of the spur gear stage ( 4 ) drives the pinion ( 11 ) of a chain drive, which drives the chainring of a drive wheel of the bicycle via a chain. In one embodiment variant drives the large gear ( 4b ) the small toothed belt of a toothed belt drive, which drives the large toothed belt wheel on a drive wheel of a bicycle via a toothed belt. The big gear ( 4b ) is axially and radially in the housing ( 30 ) roller-mounted. The pedal crank axle ( 1 ) is in the hub of the big gear ( 4b ) Radially mounted roller. (Drawing 1)

Wird durch die Tretkurbelachse (1) ein Drehmoment eingeleitet, wird der Steg (2a) des Reibgetriebes (2) über das große Zahnrad (3a) und das kleine Zahnrad (3b) der Stirnradstufe (3) 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 pedal crank axle ( 1 ) introduced a torque, the web ( 2a ) of the friction gear ( 2 ) over the big gear ( 3a ) and the small gear ( 3b ) of the spur gear stage ( 3 ) 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 Stirnradstufe (4) zur Drehzahlreduktion bzw. Drehmomenterhöhung nutzt.The invention specified in the claims addresses the problem of an electric motor ( 20 ) within the transmission, which also includes the spur gear stage ( 4 ) for speed reduction or torque increase uses.

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) im Getriebegehäuse (30) und inneren Gehäuse (40) welches mit dem Getriebegehäuse (30) verbunden ist. 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 wird in einer Ausführungsvariante ein Freilauf (z. B. Klemmkörper- oder Sperrklinkenfreilauf) zwischen Rotor (20a) und Stützring (17a) installiert.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 ) in the transmission housing ( 30 ) and inner housing ( 40 ) which with the transmission housing ( 30 ) connected is. 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 (eg sprag or pawl freewheel) between rotor ( 20a ) and support ring ( 17a ) Installed.

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 in Fahrtrichtung gesehen an der rechten Getriebeausenseite angetrieben wird und auf der Hohlwelle (6) radial und im Inneren des Getriebegehäuses (30) radial und axial wälzgelagert ist. Die Trapezgewindemutter (7) greift mit ihrer Innenverzahnung auf die außenverzahnte (6az) Hohlwelle (6) und ist auf dieser axial verschiebbar und mit dieser drehfest verbunden. In einer Ausführungsvariante wird die Trapezgewindespindel (8) an der in Fahrtrichtung gesehen linken Getriebeausenseite angetrieben und ist dann im Inneren der Hohlwelle (6) axial und radial wälzgelagert. In einer Ausführungsvariante wird der axiale Antrieb des Steges (2a) durch eine Kugelumlaufgewindemutter und Kugelumlaufgewindespindel, welche ihrereseits wälzgelagert sind realisiert.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 seen in the direction of travel driven on the right outside gear and on the hollow shaft ( 6 ) radially and in the interior of the transmission housing ( 30 ) is roller-mounted radially and axially. The trapezoidal nut ( 7 ) engages with its internal toothing on the externally toothed ( 6az ) Hollow shaft ( 6 ) and is axially displaceable on this and rotatably connected thereto. In one embodiment variant, the trapezoidal threaded spindle ( 8th ) is driven on the left in the direction of travel outside gear and is then inside the hollow shaft ( 6 ) axially and radially roller bearings. In one embodiment, the axial drive of the web ( 2a ) realized by a recirculating ball nut and recirculating ball screw, which are Wälzgelagert theirs.

Claims

Stepless bottom bracket gear for bicycles, pedelecs and e-bikes with optional integrated electric motor, characterized in that a rotationally driven by the driver via cranks pedal crankshaft ( 1 ) via a large gear ( 3a ) and a small gear ( 3b ) of a spur gear ( 3 ) the axially displaceable web ( 2a ) of a double bevel ring gear ( 2 ) drives. 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 Spreizkupplungen ( 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 larger spreader coupling ( 16 ) over your support ring ( 16a ) axially in the transmission housing ( 30 ) and with the transmission housing ( 30 ) connected inner housing ( 40 ) is supported. The support ring ( 16a ) of the expansion coupling ( 16 ) with the transmission housing ( 30 ) and the inner housing ( 40 ) is rotatably connected. The expansion coupling ( 17 ) over your race ( 17b ) axially in the transmission housing ( 30 ) is 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 ) Rotatorich drives. The externally toothed support ring ( 17a ) also the small gear ( 4a ) of the spur gear stage ( 4 ). The small gear ( 4a ) the big gear ( 4b ) of the spur gear stage ( 4 ) drives. The big gear ( 4b ) the pinion ( 11 ) drives a chain drive, which outside the transmission housing ( 30 ) is arranged.

Stepless bottom bracket gear for bicycles, pedelecs and e-bikes with optional integratable 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 ) is rotationally and axially connected. The stator ( 20b ) of the electric motor ( 20 ) with the transmission housing ( 30 ) and the inner housing ( 40 ) is rotationally and axially connected.

Stepless bottom bracket gear for bicycles, pedelecs and e-bikes with optional integrated 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 ) is moved, which is driven outside the transmission in the direction of travel to the right. The trapezoidal nut ( 7 ) via an internal toothing rotatably and axially displaceable on the externally toothed hollow shaft ( 6 ), which rotatably and axially fixed to the transmission housing ( 30 ) connected is. The trapezoidal thread spindle ( 8th ) on the hollow shaft ( 6 ) Radially mounted roller and in the transmission housing ( 30 ) is roller-mounted radially and axially.

Continuously variable pedal bearing gear for bicycles, pedelecs and E-bikes with optional integrated 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 ) is moved, which is driven outside the transmission in the direction of travel left. The trapezoidal nut ( 7 ) via an internal toothing rotatably and axially displaceable on the externally toothed hollow shaft ( 6 ), which rotatably and axially fixed to the transmission housing ( 30 ) connected is. The trapezoidal thread spindle ( 8th ) inside the hollow shaft ( 6 ) is roller-mounted radially and axially.

Stepless bottom bracket gear for bicycles, pedelecs and e-bikes with optionally integrable electric motor according to claim 1, characterized in that between pedal crankshaft ( 1 ) and gear ( 3a ) a freewheel is mounted.

Stepless bottom bracket gear for bicycles, pedelecs and e-bikes with optional integrated electric motor according to claim 1, characterized in that between rotor ( 20a ) and support ring ( 17a ) a freewheel is mounted.

Stepless bottom bracket gear for bicycles, pedelecs and e-bikes with optional integrated electric motor according to claim 1, characterized in that the drive of crankshaft ( 1 ) on bridge ( 2a ) via a toothed belt or chain drive.

Stepless bottom bracket gear for bicycles, pedelecs and e-bikes with optional integrated electric motor according to claim 1, characterized in that the drive of support ring ( 17a ) on pinion ( 11 ) via a toothed belt or chain drive.

Stepless bottom bracket gear for bicycles, pedelecs and e-bikes with optional integrated electric motor according to claim 1, characterized in that the axial springing of the expansion couplings ( 16 and 17 ) via a wave spring or a plurality of helical compression springs between housings ( 30 ) and raceway ( 17b ) or housing ( 30 ) / inner casing ( 40 ) and support ring ( 16a ) he follows.

Stepless bottom bracket gear for bicycles, pedelecs and e-bikes with optional integratable electric motor according to claim 1, characterized in that the gear ( 4a ) on the support ring ( 17a ) is pressed.