DE102013112788B4

DE102013112788B4 - Schaltvorrichtung und Getriebeeinheit

Info

Publication number: DE102013112788B4
Application number: DE102013112788.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Schmitz
Original assignee: Pinion GmbH
Current assignee: Pinion GmbH
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2021-12-16
Anticipated expiration: 2033-11-20
Also published as: US10100905B2; US20160265625A1; JP2016537587A; DE102013112788A1; WO2015074885A1; JP6548647B2

Abstract

Schaltvorrichtung für eine Getriebeeinheit (10), insbesondere für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug (12), mit einer Welle (82), an der eine Mehrzahl von Losrädern (60) gelagert ist, wobei die Losräder (60) mittels Schaltklinken (70) mit der Welle (82) verbindbar sind, wobei die Schaltklinken (70) drehbar gelagert und durch eine Nockenwelle (84) selektiv betätigbar sind, wobei die Nockenwelle (84) mit Antriebsmitteln verbunden ist, um die Nockenwelle (84) zum Betätigen der Schaltklinken (70) relativ zu der Welle (82) zu rotieren, wobei die Nockenwelle (84) eine Mehrzahl von Betätigungsabschnitten (90, 92) aufweist, um die Schaltklinken (70), die den jeweiligen Losrädern (60) zugeordnet sind, zu betätigen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Betätigungsabschnitt (90) eine Mehrzahl von Flächenabschnitten (102, 104, 106) mit unterschiedlichen Steigungen aufweist, um durch die Rotation (94) der Nockenwelle (84) in Abhängigkeit einer Drehposition der Nockenwelle (84) unterschiedliche Kräfte auf die Schaltklinken (70) auszuüben oder um die Schaltklinken (70) mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten ein- oder auszuschwenken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltvorrichtung für eine Getriebeeinheit, insbesondere für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug, mit einer Welle, an der eine Mehrzahl von Losrädern gelagert ist, wobei die Welle als Hohlwelle ausgebildet ist und die Losräder mittels Schaltklinken mit der Welle verbindbar sind, wobei die Schaltklinken drehbar gelagert und durch eine Nockenwelle selektiv betätigbar sind, wobei die Nockenwelle mit Antriebsmitteln verbunden ist, um die Nockenwelle zum Betätigen der Schaltklinken relativ zu der Welle zu rotieren, wobei die Nockenwelle eine Mehrzahl von Betätigungsabschnitten aufweist, um die Schaltklinken, die den jeweiligen Losrädern zugeordnet sind zu betätigen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Schaltvorrichtung für eine Getriebeeinheit, insbesondere für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug, mit einer Welle, an der eine erste Mehrzahl von Losrädern und eine zweite Mehrzahl von Losrädern gelagert sind, die Losräder von zwei hintereinandergeschalteten Teilgetrieben der Getriebeeinheit bilden, wobei die Losräder mittels schaltbaren Freiläufen mit der Welle verbindbar sind, und mit wenigstens einer Nockenwelle, die eine Mehrzahl von Betätigungsabschnitten aufweist, um die schaltbaren Freiläufe zu betätigen, und wobei die wenigstens eine Nockenwelle mit Antriebsmitteln verbunden ist, um die Nockenwelle zum selektiven Betätigen der schaltbaren Freiläufe relativ zu der Welle zu rotieren.
Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich eine Getriebeeinheit, insbesondere für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug, mit einer Eingangswelle, einer Ausgangswelle und mit einer Vorgelegewelle.
Derartige Schaltvorrichtungen und Getriebeeinheiten dienen dazu, Antriebskraft, insbesondere Muskelkraft, zu über- bzw. zu untersetzen und dadurch das Antreiben eines Fahrzeugs zu erleichtern.
Aus der DE 10 2011 106 107 A1 ist ein derartiges Fahrradgetriebe mit einer Schaltvorrichtung bekannt. Dieses Fahrradgetriebe weist eine Eingangswelle, eine Vorgelegewelle und eine Ausgangswelle auf, wobei an der Vorgelegewelle schaltbare Losräder gelagert sind, die mit Zahnrädern der Eingangswelle und der Ausgangswelle Radpaare von zwei Teilgetrieben des Fahrradgetriebes bilden. Die Losräder der Vorgelegewelle werden mittels schaltbarer Freiläufe geschaltet, wobei die Freiläufe mittels einer in der Vorgelegewelle angeordneten drehbaren Nockenwelle selektiv schaltbar sind. Die schaltbaren Freiläufe weisen jeweils Schaltklinken auf, die schwenkbar gelagert sind und mittels Betätigungsabschnitten der Nockenwelle betätigbar sind, um die Losräder drehfest mit der Vorgelegewelle zu verbinden. Da die Drehrate bzw. die Umfangsfläche der Nockenwelle zum Betätigen unterschiedlicher Freiläufe begrenzt ist und da ein Schalten in beiden Teilgetrieben einer lastwechselabhängigen Synchronisierung bedarf, bleibt nach derartigen Schaltvorgängen in beiden Teilgetrieben wenigstens eine Schaltklinke ausgeschwenkt bzw. betätigt, was zu einem dauerhaften Klicken in wenigstens zwei Gangstufen des Fahrradgetriebes führt. Die schaltbaren Freiläufe bewirken ferner, dass bei einem Herunterschalten entweder eine lastabhängige Kraft auf die Nockenwelle ausgeübt werden muss oder die in das Getriebe eingeleitete Antriebskraft reduziert werden muss, um die jeweilige Schaltklinke zu betätigen und ein Herunterschalten zu ermöglichen.
Das Dokument DE 197 20 794 A1 offenbart eine Mehrgang-Getriebenabe mit einem Planetenradsatz, dessen Sonnenrad über eine verdrehbare Nockenwelle und eine davon betätigte Schaltklinke an einer gehäusefesten Nabenachse festlegbar ist.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Schaltvorrichtung und eine verbesserte Getriebeeinheit insbesondere für ein mit Muskelkraft betriebenes Fahrzeug bereitzustellen, die einen verbesserten Schaltkomfort bzw. eine verbesserte Laufruhe mit geringem technischen Aufwand ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch Schaltvorrichtungen gemäß den Ansprüchen 1, 8 und 14 gelöst, sowie durch eine Getriebeeinheit mit einer solchen Schaltvorrichtung gemäß Anspruch 20.
Bei einer Schaltvorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Betätigungsabschnitt eine Mehrzahl von Flächenabschnitten mit unterschiedlichen Steigungen aufweist, um durch die Rotation der Nockenwelle in Abhängigkeit einer Drehposition der Nockenwelle unterschiedliche Kräfte auf die Schaltklinken auszuüben.
Vorzugsweise sind die Schaltklinken und die Betätigungsabschnitte, die unterschiedlichen Losrädern zugeordnet sind, derart ausgebildet sind, dass beim Betätigen der jeweiligen Schaltklinken eine Drehwinkeländerung der Nockenwelle unterschiedliche Drehwinkeländerungen der jeweiligen Schaltklinken bewirkt.
Vorzugsweise sind die Betätigungsabschnitte dazu ausgebildet, einen Gangwechsel in beiden Teilgetrieben in einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Schritten auszuführen, wobei die Betätigungsabschnitte derart unterschiedlich ausgebildet sind, dass der Gangwechsel in den beiden Teilgetrieben wenigstens einen Schritt mehr aufweist als ein Gangwechsel in lediglich einem der Teilgetriebe.
Vorzugsweise sind die Betätigungsabschnitte dazu ausgebildet, bei einem Gangwechsel in beiden Teilgetrieben vor einem Lastwechsel zwischen jeweils zwei Losrädern der beiden Teilgetriebe die Freiläufe von zwei Losrädern in einem ersten der Teilgetriebe gleichzeitig zu betätigen und nach dem Lastwechsel in einem zweiten der Teilgetriebe den Freilauf eines der Losräder zu lösen.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter einer Steigung der Flächenabschnitte eine Änderung des Radius der Nockenwelle in Abhängigkeit eines Drehwinkels der Nockenwelle verstanden. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Betätigen der Freiläufe bzw. der Schaltklinken ein Aktivieren und unter einem Lösen ein Deaktivieren der Freiläufe bzw. der Schaltklinken verstanden.
Dadurch, dass die Flächenabschnitte der Betätigungsabschnitte, die unterschiedlichen Losrädern zugeordnet sind, unterschiedliche Steigungen aufweisen, können die Schaltklinken in Abhängigkeit von der Rotation der Nockenwelle unterschiedlich schnell bzw. mit einer unterschiedlichen Kraftüber- bzw. -untersetzung bewegt werden, so dass eine individuelle Betätigung der jeweiligen Schaltklinken möglich ist. Durch diese individuelle Einstellung der Betätigung der Schaltklinken können die Schaltvorgänge für die einzelnen Gangstufen individuell eingestellt werden, wodurch bei Schaltvorgängen in beiden Teilgetrieben die Schaltklinken einzelner Losräder schneller eingeschwenkt oder ausgeschwenkt werden können und dadurch nach dem Lastwechsel eine mitlaufende Schaltklinke eingeschwenkt werden kann. Dadurch kann ein dauerhaftes Klicken der Schaltvorrichtung in bestimmten Gängen vermieden werden, wodurch eine geräuschärmere Schaltvorrichtung bereitgestellt werden kann. Ferner kann durch die individuelle Anpassung der Betätigung der Schaltklinken die Kraftausübung an die gangstufenabhängigen Drehmomente angepasst werden, wodurch ein komfortableres Schalten der Schaltvorrichtung möglich wird.
Dadurch dass die Schaltklinken derart ausgebildet sind, dass beim Betätigen der Schaltklinken unterschiedlicherer Losräder eine Drehwinkeländerung der Nockenwelle unterschiedliche Drehwinkeländerungen der jeweiligen Schaltklinken bewirkt, können die Schaltklinken individuell mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und unterschiedlichen Kräften ein- bzw. ausgeschwenkt werden, wodurch ein individuelles Betätigen der Schaltklinken für die unterschiedlichen Gangstufen möglich wird. Dadurch können die Schaltvorgänge komfortabel eingestellt werden und gleichzeitig Schaltklinken individuell ein- und ausgeschwenkt werden, wodurch bei einem Schaltvorgang in beiden Teilgetrieben ein dauerhaftes Klicken einer mitlaufenden Schaltklinke vermieden werden kann.
Dadurch, dass wenigstens ein Betätigungsabschnitt eine Mehrzahl von Flächenabschnitten mit unterschiedlichen Steigungen aufweist, um durch die Rotation der Nockenwelle in Abhängigkeit einer Drehposition der Nockenwelle unterschiedliche Kräfte auf die Schaltklinken auszuüben, können während des Herunterschaltens unter Last unterschiedliche Kräfte je nach Schwenkposition der Schaltklinken ausgeübt werden, wodurch die Schaltklinken mit geringem Kraftaufwand aus einer Innenverzahnung der Losräder gelöst und schnell in die Welle eingeschwenkt werden können, wodurch das Herunterschalten unter Last komfortabler möglich ist.
Dadurch, dass ein gleichzeitiger Gangwechsel in beiden der Teilgetriebe einen Teilschritt mehr aufweist als ein Gangwechsel in lediglich einem der Teilgetriebe, kann nach dem Lastwechsel ein schaltbarer Freilauf gelöst werden, so dass ein dauerhaftes Mitlaufen des Freilaufs nach dem Lastwechsel vermieden werden kann und somit ein geräuschärmeres Getriebe bereitgestellt werden kann.
Dadurch, dass die Betätigungsabschnitte dazu ausgebildet sind, vor dem Lastwechsel die Freiläufe von zwei Losrädern in dem ersten Teilgetriebe zu betätigen bzw. zu aktivieren und nach dem Lastwechsel den Freilauf von einem der Losräder in dem zweiten Teilgetriebe zu lösen, kann nach einem Gangwechsel in beiden Teilgetrieben ein dauerhaftes Mitlaufen eines der Freiläufe und somit ein dauerhaftes Klicken vermieden werden. Dadurch, dass die Betätigungsabschnitte dazu ausgebildet sind vor dem Lastwechsel die Freiläufe von zwei Losrädern in dem ersten Teilgetriebe zu betätigen bzw. zu aktivieren kann auch in entgegengesetzter Schaltrichtung bzw. in beiden Schaltrichtungen ein dauerhaftes Mitlaufen eines der Freiläufe vermieden werden, so dass nach dem Gangwechsel in beiden Teilgetrieben lediglich die Freiläufe von zwei Losrädern in beiden Teilgetrieben betätigt bzw. aktiviert sind.
Folglich kann durch die unterschiedlichen Aspekte der vorliegenden Erfindung eine Schaltvorrichtung und eine Getriebeeinheit bereitgestellt werden, bei der mit technisch geringem Aufwand ein komfortables Schalten und ein geräuscharmer Betrieb möglich ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.
In einem Aspekt weisen die Betätigungsabschnitte, die den Schaltklinken von unterschiedlichen Losrädern zugeordnet sind, an korrespondierenden Drehwinkelpositionen der Nockenwelle Flächenabschnitte mit unterschiedlichen Steigungen auf.
Dadurch können während des Einschwenkens bzw. des Ausschwenkens der Schaltklinken individuelle Hebelverhältnisse erzielt werden, so dass ein individuelles Betätigen der Schaltklinken möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Betätigungsabschnitte, die den Schaltklinken von unterschiedlichen Losrädern zugeordnet sind, wenigstens einen Flächenabschnitt auf, der relativ zu einer jeweils entsprechend angrenzenden Umfangsfläche der Nockenwelle unterschiedliche Neigungswinkel aufweist.
Dadurch kann einerseits beim Herunterschalten eine große Kraft auf eine der Schaltklinken ausgeübt werden und gleichzeitig beim Hochschalten eine Schaltklinke eines anderen Losrades schnell ausgeschwenkt werden, so dass bei einem geringen Drehwinkel der Nockenwelle mehrere unterschiedliche aufeinanderfolgende Betätigungen von Schaltklinken möglich sind.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der an die Umfangsfläche angrenzende Flächenabschnitt bei einer Rotation der Nockenwelle zum Schalten in eine höhere Gangstufe der Getriebeeinheit dazu ausgebildet ist, die Schaltklinken auszuschwenken.
Dadurch kann eine Schaltklinke einer Gangstufe individuell und schnell ausgeschwenkt werden, so dass bei einem geringen Drehwinkel der Nockenwelle eine komplexe Schaltoperation auch in beiden Teilgetrieben möglich ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Steigung eines Flächenabschnitts, der einem ersten der Losräder zugeordnet ist, größer ist als die Steigung der Flächenabschnitte, die einer Mehrzahl von weiteren Losrädern zugeordnet sind.
Dadurch lässt sich das Einschwenken und das Ausschwenken der Schaltklinken individuell an die jeweilige Gangstufe anpassen, wodurch ein komfortables Schalten möglich ist.
Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn das erste Losrad einer Gangstufe der Getriebeeinheit zugeordnet ist, die kleiner ist als wenigstens eine weitere Gangstufe der Gertriebeeinheit.
Dadurch kann die Schaltklinke dieser kleinen Gangstufe schnell ausgeschwenkt werden, so dass bei einem Schaltvorgang in beiden Teilgetrieben über einen geringen Drehwinkel der Nockenwelle eine Mehrzahl von Schaltklinken nacheinander betätigt werden können.
Es ist weiterhin besonders bevorzugt, wenn die Flächenabschnitte ebene Flächen mit den unterschiedlichen Steigungen bilden.
Dadurch kann die Nockenwelle und insbesondere können dadurch die Betätigungsabschnitte mit technisch geringem Aufwand gefertigt werden, da die ebenen Flächen an der Nockenwelle einfach herzustellen sind.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn wenigstens einer der Betätigungsabschnitte in einer axialen Blickrichtung gegenüber einer Sekante der Nockenwelle wenigstens abschnittsweise konvex ausgebildet ist.
Dadurch wird das Herunterschalten unter Last komfortabler, da mit technisch geringem Aufwand die Haftreibung der Schaltklinke in einer Innenverzahnung der Losräder mit geringem Kraftaufwand überwunden werden kann und danach die Schaltklinke schnell ausgeschwenkt werden kann.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn ein Betätigungsabschnitt in einer axialen Blickrichtung gegenüber einer Sekante der Nockenwelle wenigstens abschnittsweise konkav ausgebildet ist.
Dadurch lässt sich mit technisch geringem Aufwand die jeweilige Nockenwelle mit geringem Drehwinkel der Nockenwelle vollständig ausschwenken, so dass beim Schalten in beiden Teilgetrieben weitere Schaltschritte und Betätigungen von Schaltklinken möglich sind.
In einer besonderen Ausführungsform nimmt die Steigung der Flächenabschnitte in einer Drehrichtung der Nockenwelle zum Einschwenken der jeweiligen Schaltklinke wenigstens abschnittsweise zu.
Dadurch kann bei einem Herunterschalten unter Last die auf die Nockenwelle ausgeübte Kraft langsam reduziert werden, so dass die Schaltklinke mit einer hohen Kraft von der Innenverzahnung der Losräder gelöst und in einer schnellen Bewegung eingeschwenkt werden kann.
Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die Steigung von wenigstens zwei in der Drehrichtung aufeinanderfolgenden Flächenabschnitten zunimmt.
Dadurch lässt sich der Kraftwegverlauf der Schaltklinke in Abhängigkeit der Rotation der Nockenwelle präzise einstellen.
Die Getriebeeinheit weist vorzugsweise zwei Teilgetriebe auf, die eine Mehrzahl von Gangstufen bilden, wobei das erste der Losräder eine niedrige Gangstufe eines der Teilgetriebe bildet.
Dadurch kann die Schaltklinke des ersten der Losräder durch die besondere Ausgestaltung des Betätigungsabschnittes schnell eingeschwenkt werden, um bei einem Schaltvorgang in beiden Teilgetrieben eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Schritten zum Ein- und Ausschwenken von Schaltklinken zu ermöglichen.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Nockenwellen derart synchronisiert sind, dass bei dem Lastwechsel die schaltbaren Freiläufe von zwei Losrädern, die jeweils unterschiedlichen der Teilgetriebe zugeordnet sind, wechselnd betätigt bzw. gelöst werden.
Dadurch ist ein besonders präziser Lastwechsel beim Schalten in beiden Teilgetrieben möglich, wodurch ein kurzfristiges Hochschalten um mehrere Gangstufen oder ein kurzfristiges Herunterschalten um mehrere Gangstufen vermieden werden kann.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Betätigungsabschnitte derart ausgebildet sind, dass der Gangwechsel in den beiden Teilgetriebe im Wesentlichen in drei aufeinanderfolgenden Schritten erfolgt.
Dadurch ist ein präziser und zuverlässiger Schaltvorgang in beiden Teilgetrieben möglich.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Betätigungsabschnitte derart ausgebildet sind, dass der Gangwechsel in lediglich einem der beiden Teilgetriebe im Wesentlichen in zwei aufeinanderfolgenden Schritten erfolgt.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Schritte des Gangwechsels in unterschiedlichen Rotationspositionen der Nockenwellen erfolgen.
Dadurch können die Schaltschritte mit technisch geringem Aufwand durch Rotation der Nockenwellen erfolgen. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Nockenwellen bei dem Schaltvorgang in beiden Teilgetrieben gleichlaufend rotieren bzw. korotieren.
Insgesamt wird der Gangwechsels gebildet durch den ersten Schritt des gleichzeitigen Betätigens der Freiläufe von zwei Losrädern des ersten Teilgetriebes, durch den zweiten Schritt des Lastwechsels und den dritten Schritt, dass der Freilauf von einem Losrad des zweiten Teilgetriebes gelöst wird.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn nach dem Lastwechsel in dem zweiten Teilgetriebe der Freilauf von lediglich einem der Losräder betätigt ist. Dabei ist insbesondere der Freilauf von lediglich einem der Losräder betätigt nachdem der Freilauf des einen Losrades in dem zweiten Teilgetriebe gelöst ist.
Dadurch kann der Schaltvorgang vollständig abgeschlossen werden, so dass nach dem Schaltvorgang lediglich die Freiläufe der die Last übertragenden Losräder betätigt sind und ein Mitlaufen von Freiläufen und ein dauerhaftes Klicken vermieden werden kann.
Insgesamt können durch die vorliegende Erfindung die Schaltklinken von unterschiedlichen Gangstufen bzw. unterschiedlichen Losrädern individuell mit unterschiedlichen Kraft-Weg-Verläufen betätigt werden, wodurch das Schalten komfortabler wird. Ferner können bei Schaltvorgängen in beiden Teilgetrieben die Schaltklinken einer niedrigen Gangstufe durch geringe Rotation der Nockenwelle schnell ausgeschwenkt werden, wodurch ein großer Drehwinkel der Nockenwelle für weitere aufeinanderfolgende Betätigungen von Schaltklinken zur Verfügung steht. Ferner kann durch das Lösen eines Freilaufs nach dem Lastwechsel ein dauerhaftes Klicken einer mitlaufenden Schaltklinke vermieden und somit eine geräuscharme Getriebeeinheit bereitgestellt werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht eines Fahrradrahmens mit einem Mehrganggetriebe;
2 einen Schaltplan eines Mehrganggetriebes mit zwei Teilgetrieben und einer gemeinsamen Vorgelegewelle;
3 eine perspektivische Darstellung eines Losrades mit Innenverzahnung;
4 eine perspektivische Darstellung einer Schaltklinke;
5 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Funktionsweise der Schaltklinken und der Nockenwelle in axialer Blickrichtung;
6 eine Prinzipskizze einer Nockenwelle in axialer Blickrichtung mit zwei unterschiedlichen Betätigungsabschnitten in überlagernder Darstellung;
7a,b Drehwinkeldiagramme der Schaltklinken zur Erläuterung der Funktionsweise der Betätigungsabschnitte; und
8a-d Prinzipskizzen zur Erläuterung von Schaltvorgängen in beiden Teilgetrieben.

In 1 ist eine Getriebeeinheit allgemein mit 10 bezeichnet.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Fahrradrahmens 12, der ein Getriebegehäuse 14 aufweist, in dem die Getriebeeinheit 10 aufgenommen ist. Die Getriebeeinheit 10 ist in dieser Darstellung nur schematisch angedeutet und ist als kompakte Einheit ausgebildet, die vorzugsweise in einem hier nicht dargestellten Getriebekäfig angeordnet ist. Die Getriebeeinheit 10 wird hierin beispielhaft für den Einsatz bei einem Zweirad beschrieben, wobei allerdings auch der Einsatz bei anderen mit Muskelkraft betriebenen Fahrzeugen möglich ist. Es versteht sich, dass die Getriebeeinheit 10 auch für Fahrzeuge verwendet werden kann, bei denen Muskelkraft in Kombination mit einer Antriebsmaschine zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet wird.
Die Getriebeeinheit 10 und das Getriebegehäuse 14 bilden zusammen mit Tretkurbeln 16 und 16' ein Mehrgang-Getriebe 18.
2 zeigt einen Schaltplan der Getriebeeinheit 10.
Die Getriebeeinheit 10 weist eine Eingangswelle 20 und eine Ausgangswelle 22 auf. Die Eingangswelle 20 ist als Durchgangswelle ausgebildet. Die Ausgangswelle 22 ist als Hohlwelle ausgebildet. Die Eingangswelle 20 und die Ausgangswelle 22 sind koaxial zueinander angeordnet. Die Eingangswelle 20, die als Durchgangswelle ausgebildet ist, ist zum Antreiben der Eingangswelle 20 an gegenüberliegenden Enden mit Kurbeln verbindbar. Die Ausgangswelle 22 ist mit einem Kettenblatt 24 drehfest verbunden, das ein Ausgangsglied der Getriebeeinheit 10 bildet.
Die Getriebeeinheit 10 weist ein erstes Teilgetriebe 26 und ein zweites Teilgetriebe 28 auf. An der Eingangswelle 20 ist eine Mehrzahl von Antriebsrädern 30, 31, 32, 33, 34, 35 gelagert. Das erste Teilgetriebe 26 weist eine Vorgelegewelle 36 auf. An der Vorgelegewelle 36 sind angetriebene Räder 38, 39, 40, 41, 42, 43 gelagert. Die angetriebenen Räder 38 bis 43 sind als Losräder ausgebildet.
Die angetriebenen Räder 38 bis 43 sind mittels nicht dargestellten Schaltmitteln mit der Vorgelegewelle 36 verbindbar. Die angetriebenen Räder 38 bis 43 und die Antriebsräder 30 bis 35 bilden Radpaare, die unterschiedliche Übersetzungen aufweisen, so dass durch selektives Verbinden der angetriebenen Räder 38 bis 43 mit der Vorgelegewelle 36 unterschiedliche Gangstufen realisiert werden können.
Das zweite Teilgetriebe 28 weist eine Eingangswelle 46 auf. An der Eingangswelle 46 sind Antriebsräder 48, 49, 50 gelagert. Die Antriebsräder 48 bis 50 sind als Losräder ausgebildet. Die Antriebsräder 48 bis 50 sind mittels Schaltmitteln mit der Eingangswelle 46 drehfest verbindbar, die vorzugsweise als schaltbare Freiläufe ausgebildet sind. An der Ausgangswelle 22 sind die angetriebenen Räder 52, 53, 54 gelagert. Die angetriebenen Räder 52 bis 54 stehen in kämmendem Eingriff mit den Antriebsrädern 48 bis 50.
Durch die miteinander kämmenden angetriebenen Räder 52 bis 54 und Antriebsräder 48 bis 50 werden Radpaare gebildet, die unterschiedliche Übersetzungen aufweisen. Die Antriebsräder 48 bis 50 sind mittels nicht dargestellten Schaltmitteln mit der Eingangswelle 46 drehfest verbindbar, wodurch unterschiedliche, wählbare Gangstufen des zweiten Teilgetriebes 28 gebildet werden.
Die Vorgelegewelle 36 des ersten Teilgetriebes 26 ist drehfest mit der Eingangswelle des zweiten Teilgetriebes 28 verbunden. Vorzugsweise ist die Vorgelegewelle 36 mit der Eingangswelle 46 einstückig ausgebildet.
Dadurch, dass das erste Teilgetriebe 26 mit dem zweiten Teilgetriebe 28 verbunden ist, multiplizieren sich die möglichen realisierbaren Gangstufen des ersten Teilgetriebes 26 mit den Gangstufen des zweiten Teilgetriebes 28. Somit sind durch die in 2 dargestellte Getriebeeinheit 10 achtzehn Gänge realisierbar.
Um die achtzehn Gänge der hier dargestellten Getriebeeinheit 10 durchzuschalten, werden zunächst die sechs Gänge des ersten Teilgetriebes 26 durchgeschaltet, und um vom sechsten Gang in den siebten zu schalten, wird in dem ersten Teilgetriebe 26 vom sechsten Gang, also dem Losrad 43, in den ersten Gang, also auf das Losrad 38, zurückgeschaltet und gleichzeitig im zweiten Teilgetriebe 28 vom ersten Gang, also dem Losrad 48, in den zweiten Gang, also auf das Losrad 49, geschaltet. Entsprechend erfolgt der Schaltvorgang vom zwölften in den dreizehnten Gang.
Die Vorgelegewelle 36, die einstückig mit der Eingangswelle 46 des zweiten Teilgetriebes 28 verbunden ist, ist als Hohlwelle ausgebildet. An der Vorgelegewelle 36 und der Eingangswelle 46 sind Schaltklinken gelagert, die mittels zweier in der Hohlwelle angeordneten drehbar gelagerten Nockenwellen betätigbar sind und die Losräder der beiden Teilgetriebe 26, 28 selektiv drehfest mit der Vorgelegewelle 36 bzw. der Eingangswelle 46 verbinden, um die einzelnen Gangstufen zu realisieren. Um die Losräder drehfest mit der Hohlwelle zu verbinden, weisen die Hohlräder eine Innenverzahnung auf, wie es im Weiteren näher erläutert ist. In eine alternativen Ausführungsform weist die Getriebeeinheit 10 lediglich eine Nockenwelle auf, die entsprechend den Losrädern eines der Teilgetriebe 26, 28 zugeordnet ist, um diese drehfest mit der Hohlwelle zu verbinden. Das jeweils andere Teilgetriebe 26, 28 kann in dieser Ausführungsform als einfacher Radsatz mit zwei Zahnrädern ausgebildet sein.
In 3 ist ein schaltbares Losrad mit Innenverzahnung dargestellt und allgemein mit 60 bezeichnet.
Das Losrad 60 weist eine Außenverzahnung 62 und eine Innenverzahnung 64 auf. Die Außenverzahnung 62 ist an einer äußeren Umfangsfläche gebildet. Die Innenverzahnung 64 ist an einer inneren Umfangsfläche des Losrades 22 gebildet. Die Innenverzahnung 64 weist Gleitabschnitte 66 und Eingriffsabschnitte 68 auf. Die Gleitabschnitte 66 sind gebildet durch in Umfangsrichtung des Losrades 60 ausgebildete Flächen. Zwischen den Gleitabschnitten 66 sind in einem Winkel zu den Gleitabschnitten 66 die Eingriffsabschnitte 68 ausgebildet.
Die Außenverzahnung 62 dient dazu, mit anderen Zahnrädern zu kämmen. Die Innenverzahnung 64 dient dazu, das Losrad 60 an der Vorgelegewelle 36 bzw. der Eingangswelle 46 zu lagern und mittels Schaltmitteln mit der Vorgelegewelle 36 bzw. der Eingangswelle 46 drehfest zu verbinden. Dabei dienen die Gleitabschnitte 66 dazu, das Losrad 60 an der Welle drehbar zu lagern und auf der Welle zu gleiten.
Hier nicht dargestellte Schaltmittel, die im Weiteren näher erläutert werden, können in die Eingriffsabschnitte 68 eingreifen, um das Losrad 60 entsprechend mit der Welle drehfest zu verbinden.
In 4 ist eine Schaltklinke als Schaltmittel zum drehfesten Verbinden des Losrades 60 mit der Vorgelegewelle 36 bzw. der Eingangswelle 46 dargestellt und allgemein mit 70 bezeichnet. Die Schaltklinke 70 weist einen Betätigungsabschnitt 72 auf, der an einer Unterseite der Schaltklinke 70 gebildet ist. Die Schaltklinke 70 weist an zwei seitlichen Abschnitten jeweils einen Lagerungsabschnitt 74 auf. Die Schaltklinke 70 weist einen Eingriffsabschnitt 76 auf. Der Eingriffsabschnitt 76 ist an einem dem Betätigungsabschnitt 72 gegenüberliegenden Ende der Schaltklinke 70 gebildet. Die Lagerungsabschnitte 74 sind an gegenüberliegenden Seiten der Schaltklinke 70 ausgebildet, und zwar zwischen dem Betätigungsabschnitt 72 und dem Eingriffsabschnitt 76.
Die Lagerungsabschnitte 74 dienen dazu, die Schaltklinke 70 an der Welle um eine Drehachse 78 drehbar bzw. schwenkbar zu lagern. Dabei wird die Schaltklinke 70 an der Welle derart gelagert, dass der Betätigungsabschnitt 72 zum Inneren der Welle weist. Ferner ist die Schaltklinke 70 mittels eines nicht dargestellten Federelements derart vorgespannt, dass der Betätigungsabschnitt 72 im unbelasteten Zustand nach radial innen geschwenkt wird und der Eingriffsabschnitt 76 nach radial außen geschwenkt wird. Der Betätigungsabschnitte 72 dient dazu, mittels der in der Welle angeordneten Nockenwelle nach radial außen gedrückt zu werden, um den Eingriffsabschnitt 76 entsprechend um die Drehachse 78 nach radial innen zu schwenken.
Sofern der Eingriffsabschnitt 76 nach radial außen geschwenkt ist und gegenüber der Welle hervorsteht, kann er mit dem Eingriffsabschnitt 68 der Innenverzahnung 64 des Losrades 60 in einer Drehrichtung des Losrades 60 in Eingriff gebracht werden und so das Losrad mit der Welle in der Drehrichtung drehfest verbinden.
Die Schaltklinke 70 weist ferner einen Gleitabschnitt 80 auf, der dazu dient, die Schaltklinke 70 nach radial innen zu schwenken, sofern das Losrad 60 relativ zu der Welle in einer der Drehrichtung entgegengesetzten Richtung gedreht wird und so als schaltbarer Freilauf dient.
In 5 ist eine schematische Schnittansicht der Getriebeeinheit 10 in axialer Blickrichtung auf eines der Losräder dargestellt, zur Erläuterung der Funktionsweise der Schaltklinken 70 bzw. der schaltbaren Freiläufe. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Die Welle ist in 5 allgemein mit 82 bezeichnet und entspricht der Vorgelegewelle 36 bzw. der Eingangswelle 46. In der Welle 82 ist eine Nockenwelle 84 gelagert, die mit der Welle 80 korotiert, um den jeweiligen Schaltzustand beizubehalten und relativ zu der Welle 82 gedreht bzw. rotiert wird, um den Schaltzustand der Getriebeeinheit 10 zu wechseln, wie es im Weiteren näher erläutert ist. Die Nockenwelle 84 weist im Allgemeinen einen Betätigungsabschnitt 86 auf, der in dieser Ausführungsform als Ausnehmung in der runden Umfangsfläche 88 der Nockenwelle 84 gebildet ist. Sofern der Betätigungsabschnitt 86 in den Bereich unter der Schaltklinke 70 gedreht wird, schwenkt der Betätigungsabschnitt 72 der Schaltklinke 70 nach innen ein, so dass der Eingriffsabschnitte 76 nach außen ausschwenkt und in den Eingriffsabschnitt 68 des Losrades 60 eingreift. Dadurch wird das Losrad 60 auf der Welle 82 in einer Drehrichtung drehfest verbunden. Sofern die Nockenwelle weiter rotiert wird und die Umfangsfläche 88 unter der Schaltklinke 70 angeordnet ist, wird der Betätigungsabschnitt 72 nach außen gedrückt und der Eingriffsabschnitt 76 entsprechend eingeschwenkt, so dass das Losrad 60 in beiden Drehrichtungen auf der Welle 82 drehbar gelagert ist. Dadurch lassen sich durch Rotation der Nockenwelle 84 selektiv einzelne der Losräder drehfest mit der Welle 82 verbinden und somit entsprechend einzelne Gangstufen selektiv schalten. In einer alternativen Ausführungsform können die Betätigungsabschnitte 86 auch erhaben gegenüber der Umfangsfläche 88 ausgebildet sein, um die Schaltklinken 70 bzw. die Schaltbaren Freiläufe zu betätigen.
Beim Hochschalten der Getriebeeinheit 10 werden üblicherweise zwei Schaltklinken 70 von aufeinanderfolgenden Gangstufen gleichzeitig ausgeschwenkt, so dass das schneller laufende Losrad 60 der höheren Gangstufe sofort mit der Schaltklinke 70 in Eingriff steht, und wobei die zunächst im Freilauf mitlaufende Schaltklinke 70 der niedrigeren Gangstufe in einem zweiten Schritt eingeschwenkt wird. Beim Herunterschalten von einer höheren in eine niedrigere Gangstufe der Getriebeeinheit 10 wird von einem schneller laufenden Losrad 70 auf ein langsamer laufendes Losrad 70 umgeschaltet. Dabei werden ebenfalls die Schaltklinken 70 beider Losräder 60 ausgeschwenkt, wobei der Lastwechsel auf das langsamer laufende Losrad der niedrigeren Gangstufe erst durch aktives Einschwenken der Schaltklinke der höheren Gangstufe erfolgt. Dieser Lastwechsel erfordert eine größere Kraft, die auf den Betätigungsabschnitt 72 der Schaltklinke 70 zum Einschwenken aufgebracht werden muss, oder aber eine Rücknahme der Last der Getriebeeinheit, so dass die Haftreibung des Eingriffsabschnitts 76 in der Innenverzahnung 64 entsprechend reduziert ist.
In 6 ist die Nockenwelle 84 in einer axialen Blickrichtung schematisch dargestellt, zur Erläuterung von unterschiedlich ausgebildeten Betätigungsabschnitten. In 6 sind die Betätigungsabschnitte, die unterschiedlichen Losrädern von unterschiedlichen Gangstufen zugeordnet sind, überlappend in einer axialen Projektion dargestellt, um die Unterschiede zu verdeutlichen. Es versteht sich, dass die Betätigungsabschnitte, die unterschiedlichen Losrädern von unterschiedlichen Gangstufen zugeordnet sind, auch an unterschiedlichen Drehpositionen bzw. Winkelpositionen der Nockenwelle 84 ausgebildet sein können.
Die beiden Betätigungsabschnitte der Nockenwelle 84, die in 6 schematisch dargestellt sind, sind allgemein mit 90 bzw. 92 bezeichnet. Die Betätigungsabschnitte 90, 92 sind als Ausnehmungen in der runden Umfangsfläche 88 der Nockenwelle 84 ausgebildet. Die Nockenwelle 84 wird in dieser Ausführungsform zum Herunterschalten der Gangstufen der Getriebeeinheit 10 im Uhrzeigersinn rotiert, wie es durch einen Pfeil 94 dargestellt ist, und entgegen dem Uhrzeigersinn rotiert, um die Gangstufen der Getriebeeinheit 10 hochzuschalten, wie es durch einen Pfeil 96 dargestellt ist.
Die Betätigungsabschnitte 90, 92 weisen jeweils einen sekantenförmigen ebenen Abschnitt 98, 100 auf, der beim Herunterschalten zunächst die Schaltklinke 70 ausschwenkt, die nach dem Lastwechsel mit der Innenverzahnung 64 in Eingriff steht.
Zum Einschwenken der Schaltklinke 70 weist der Betätigungsabschnitt 90 Flächenabschnitte auf, die unterschiedliche Steigungen aufweisen, um in Abhängigkeit eines Drehwinkels α der Nockenwelle 84 unterschiedliche Kräfte auf den Betätigungsabschnitt 72 der Schaltklinke 70 auszuüben bzw. die jeweilige Schaltklinke 70 in Abhängigkeit des Drehwinkels α unterschiedlich stark zu drehen. Die Steigung der Flächenabschnitte ist dabei die Änderung des Radius des Betätigungsabschnitts 90 in Abhängigkeit des entsprechenden Drehwinkels α der Nockenwelle 84.
Der Betätigungsabschnitt 90 weist dabei drei Flächenabschnitte 102, 104, 106 auf, die unterschiedliche Steigungen aufweisen. Der erste Flächenabschnitt 102 weist dabei eine geringe Steigung auf, die sich berechnet durch die Differenz der Radien der jeweiligen Flächenendpunkte R1, R2 und der entsprechenden Drehwinkel α₁, α₂. Der zweite Flächenabschnitt 104 weist eine höhere Steigung auf, da sich der entsprechende Radius (R3-R2) der Nockenwelle 84 über einen geringeren Drehwinkel (α₃-α₂) stärker ändert, und der dritte Flächenabschnitt 106 weist die größte Steigung auf, da sich bei diesem Flächenabschnitt 106 der Radius (R4-R3) der Nockenwelle 84 entsprechend über den Drehwinkel (α₄-α₃) am stärksten ändert. Dadurch wird die entsprechende Schaltklinke 70 durch den ersten Flächenabschnitt 102 nur geringfügig bewegt und die größte Kraft auf den Eingriffsabschnitt 76 ausgeübt, wobei durch den dritten Flächenabschnitt 106 die Schaltklinke 70 am schnellsten bewegt wird und die geringste Kraft auf den Betätigungsabschnitt 72 ausgeübt wird. Mit anderen Worten sind die Flächenabschnitte 102, 104, 106 des Betätigungsabschnitts 90 erhaben bzw. konvex ausgebildet gegenüber der sekantenförmigen Fläche 98.
Der zweite Betätigungsabschnitt 92 weist zwei Flächenabschnitte 108, 110 auf, die gegenüber der sekantenförmigen Fläche 100 eine Ausnehmung bilden bzw. konkav ausgebildet sind. Dieser Betätigungsabschnitt 92 dient nicht zum Einschwenken einer Schaltklinke 70 sondern ist einem Losrad 60 der niedrigsten Gangstufe des ersten Teilgetriebes 26 zugeordnet, von der nicht in eine niedrigere Gangstufe geschaltet wird. Aus diesem Grunde kann der Betätigungsabschnitt 92 konkav ausgebildet werden. Dadurch weist der Flächenabschnitt 110, der an die Umfangsfläche 88 angrenzt, eine sehr starke Steigung auf, so dass beim Hochschalten der Betätigungsabschnitt 72 entsprechend bei einer geringen Rotation der Nockenwelle 94 um einen geringen Drehwinkel (α₄-α₃) bereits vollständig ausgeschwenkt wird, wodurch beim Schalten in beiden Teilgetrieben 26, 28 mehr Schaltoperationen möglich sind, wie es im Weiteren näher erläutert ist.
Vorzugsweise ist der Betätigungsabschnitt 92 mit der konkaven Form lediglich dem Losrad einer niedrigsten Gangstufe eines der Teilgetriebe 26, 28, die mit den Gangstufen des anderen Teilgetriebes 26, 28 kombiniert wird, zugeordnet, und die Betätigungsabschnitte 90 mit der konvexen Form allen weiteren Gangstufen der Getriebeeinheit 10 zugeordnet. Dadurch lässt sich einfach und komfortabel unter Last herunterschalten, und es kann gleichzeitig ein komfortablerer Schaltvorgang in beiden Teilgetrieben 26, 28 durchgeführt werden, da die Schaltklinke der niedrigsten Gangstufe schnell durch geringen Drehwinkel der Nockenwelle 84 vollständig ausgeschwenkt werden kann.
In den 7a und b sind Diagramme zur Erläuterung der Drehwinkeländerung der Schaltklinke 70 in Abhängigkeit der Drehwinkeländerung der Nockenwelle 84 für die Flächenabschnitte 102, 104 und 106 aus 6 sowie das Verhältnis der Winkeländerungen für die drei Flächenabschnitte 102, 104, 106 dargestellt.
In 7a ist der Drehwinkel der Schaltklinke 70 um die Drehachse 78 allgemein mit φ bezeichnet und über dem Drehwinkel α der Nockenwelle 84 dargestellt. In einem ersten Abschnitt, der dem ersten Flächenabschnitt 102 entspricht, ändert sich der Drehwinkel φ der Schaltklinke 70 in Abhängigkeit des Drehwinkels α der Nockenwelle 84 geringfügig. Dadurch wird ein günstiges Hebelverhältnis erzielt, so dass die Nockenwelle 84 mit geringem Kraftaufwand rotiert werden kann und gleichzeitig eine verhältnismäßig große Kraft auf den Betätigungsabschnitt 72 ausgeübt werden kann. Dadurch kann in einem ersten Schritt die Haftreibung des Eingriffsabschnitts 76 in der Innenverzahnung 64 überwunden werden und somit das Herunterschalten unter Last vereinfacht werden. Durch den zweiten Flächenabschnitt 104, dessen Steigung größer ist als die des ersten Flächenabschnitts 102, wird eine größere Drehwinkeländerung des Drehwinkels φ in Abhängigkeit des Drehwinkels α der Nockenwelle 84 erzielt, so dass die Schaltklinke 70 nach Überwindung der Haftreibung bei α₂ schneller ausgeschwenkt werden kann. Bei dem Drehwinkel α3 ist der Eingriffsabschnitt 76 außer Eingriff der Innenverzahnung 64, so dass durch den dritten Flächenabschnitt 106, der die größte Steigung aufweist, die Schaltklinken 70 schnell und mit geringem Kraftaufwand vollständig eingeschwenkt werden.
In 7b ist das Verhältnis der Winkeländerungen des Drehwinkels φ der Schaltklinke 70 schematisch für die drei Flächenabschnitte 102, 104, 106 dargestellt. Dabei wird deutlich, dass durch die geringe Steigung des ersten Flächenabschnitts 102 die geringste Drehbewegung der Schaltklinke 70 in Abhängigkeit der Drehbewegung α der Nockenwelle 84 erzielt wird und dadurch gleichzeitig die größte Kraft auf den Betätigungsabschnitt 72 bzw. den Eingriffsabschnitt 76 ausgeübt wird. Die Winkeländerung Δφ durch den zweiten Flächenabschnitt 104 ist deutlich größer, da hier bereits die Haftreibung des Eingriffsabschnitts 76 überwunden ist. Das Winkelverhältnis Δα/Δφ für den dritten Flächenabschnitt 106, der die größte Steigung aufweist, ist am geringsten, so dass hier in Abhängigkeit des Drehwinkels α der Nockenwelle 84 die größte Drehbewegung der Schaltklinke 70 erzielt wird.
Durch diese besondere Ausführungsform des Betätigungsabschnitts 90 kann ein einfaches Herunterschalten unter Last bzw. ein einfaches Außereingriffbringen der Schaltklinke 70 unter Last erzielt werden.
Die Flächenabschnitte 102, 104, 106 können als ebene Flächen ausgebildet sein, wie es in 6 dargestellt ist, zwischen denen eine Kante bzw. ein Knick gebildet ist oder die über eine abgerundete Fläche ineinander übergehen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Flächenabschnitte 102, 104, 106 als kontinuierlich gebogene Flächen ausgebildet sein.
In 8a bis d sind Schnittansichten der Getriebeeinheit 10 dargestellt, zur Erläuterung eines Hochschaltvorgangs der Getriebeeinheit 10, bei dem in beiden Teilgetrieben 26, 28 geschaltet wird.
Die Losräder 38, 43, 48 und 49 sind an der Welle 82 gelagert, wobei zum Schalten der Losräder des ersten Teilgetriebes 26 die Nockenwelle 84 in der Welle 82 gelagert ist und zum Schalten der Losräder des zweiten Teilgetriebes eine zweite Nockenwelle 112 in der Welle 82 gelagert ist. Die zweite Nockenwelle 112 wird von der ersten Nockenwelle 84 beispielsweise durch einen Mitnehmer nach jeder vollständigen Umdrehung weitergedreht oder aber unabhängig durch separate Antriebsmittel gedreht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Nockenwelle 112 drehfest mit der ersten Nockenwelle 84 verbunden oder einstückig mit der ersten Nockenwelle 84 ausgebildet.
In 8a sind die zu schaltenden Losräder der jeweiligen Gangstufen in axialer Blickrichtung schematisch dargestellt. In dem hier dargestellten Fall wird in der Getriebeeinheit 10 vom sechsten Gang in den siebten Gang geschaltet, so dass in dem ersten Teilgetriebe 26 vom sechsten Gang, also dem Losrad 43, in den ersten Gang, also auf das Losrad 38, geschaltet wird und in dem zweiten Teilgetriebe 28 von dem ersten Gang, also dem Losrad 48, in den zweiten Gang, also auf das Losrad 49. In 8a ist der Ausgangszustand dargestellt, wobei die Schaltklinke 70 des Losrades 43 ausgeschwenkt und die Schaltklinke 70 des Losrades 38 eingeschwenkt ist und im zweiten Teilgetriebe 28 die Schaltklinke 70 des Losrades 48 ausgeschwenkt und die Schaltklinke 70 des Losrades 49 eingeschwenkt ist. Wie in 8a ersichtlich, ist der Schaltklinke 70 des Losrades 38 der konkave Betätigungsabschnitt 92 zugeordnet und dem Losrad 43 der konvexe Betätigungsabschnitt 90 zugeordnet.
In 8b ist ein erster Schritt von drei Schritten des Schaltvorgangs für die entsprechend beteiligten Losräder 38, 43, 48, 49 dargestellt. Dabei wird die Nockenwelle 84 um etwa 15° bis 20° entgegen der Uhrzeigerrichtung 96 rotiert, so dass die Schaltklinke 70 des Losrades 38 vollständig ausschwenkt. Dies ist möglich durch die besonders große Steigung des Flächenabschnitts 110 des Betätigungsabschnitts 92. Die Schaltzustände der übrigen Losräder 43, 48, 49 sind, bedingt durch die jeweiligen Formen der Betätigungsabschnitte identisch mit dem Zustand aus 8a. Mit anderen Worten sind die schaltbaren Freiläufe der Losräder 38, 43 gleichzeitig betätigt bzw. die Schaltklinken 70 gleichzeitig ausgeschwenkt. Dadurch, dass das Losrad 38 in diesem Schaltzustand langsamer rotiert als das Losrad 43, gleitet die Schaltklinke 70 des Losrades 38 auf den Gleitabschnitten 66 des Losrades 38, so dass kein Lastwechsel erfolgt.
In 8c ist ein weiterer zweiter Schritt des Schaltvorgangs in den siebten Gang dargestellt, wobei die Nockenwelle 84 entgegen der Uhrzeigerrichtung 96 um weitere 20° bis 30° verdreht ist. In diesem in 8c gezeigten zweiten Schritt des Schaltvorgangs von dem sechsten Gang in den siebten Gang werden zeitgleich die Schaltklinke 70 des Losrads 43 durch die Umfangsfläche 88 eingeschwenkt und die Schaltklinke 70 des Losrades 49 ausgeschwenkt. Dadurch, dass die Losräder 43 und 49 jeweils schneller rotieren als die Losräder 38, 48, erfolgt durch dieses Einschwenken bzw. Ausschwenken der jeweiligen Schaltklinken 70 ein Lastwechsel zwischen den Gangstufen bzw. ein Lastwechsel auf die Losräder 38 und 49. Das Einschwenken bzw. Ausschwenken der Schaltklinken 70 muss präzise und nacheinander erfolgen, so dass die jeweiligen Schaltklinken nicht gleichzeitig mit der jeweiligen Innenverzahnung 64 in Eingriff steht, um ein kurzfristiges Hochschalten in den zwölften Gang zu vermeiden. Dieser präzise Schaltvorgang wird durch präzise Ausformung der jeweiligen Betätigungsabschnitte der beiden Nockenwellen 84, 112 bewirkt. In diesem Zustand, in dem der Lastwechsel bereits erfolgt ist, befindet sich die Getriebeeinheit 10 faktisch im siebten Gang, jedoch ist die Schaltklinke 70 des Losrads 48 ausgeschwenkt und läuft durch die langsamere Drehzahl des Losrads 48 mit bzw. gleitet auf den Gleitabschnitten 66 des Losrades 48.
In 8d ist ein letzter, dritter Schritt des Schaltvorgangs in den siebten Gang schematisch dargestellt. Dabei wird die Nockenwelle 84 um etwa 15° bis 20° entgegen dem Uhrzeigersinn 96 weitergedreht, so dass die Schaltklinke 70 des Losrads 48 durch den Betätigungsabschnitt der zweiten Nockenwelle 112 eingeschwenkt wird. Die übrigen Schaltzustände der Schaltklinken 70 der Losräder 38, 43 und 49 werden identisch beibehalten. Nach diesem dritten Schritt ist der schaltbare Freilauf des Losrades 49 betätigt bzw. aktiviert. Dadurch wird das Mitlaufen der ausgeschwenkten Schaltklinke 70 des Losrads 48 vermieden und ein dauerhaftes Klicken in dieser Gangstufe unterbunden.
Um den jeweiligen Schaltzustand beizubehalten wird die Nockenwelle 84 relativ zu der Welle 82 in den jeweiligen Drehpositionen festgelegt, in denen die einzelnen Gangstufen eingelegt sind. Beispielsweise sind diese Drehpositionen die in den 8a und 8d dargestellten Drehpositionen. Ein Gangwechsel umfasst eine Drehung der Nockenwelle 84 von einer der Drehpositionen, in der die Nockenwelle 84 relativ zu der Welle 82 festgelegt ist zu einer vorherigen oder einer folgenden, in der die Nockenwelle 84 relativ zu der Welle 82 festgelegt ist. Die Nockenwelle 84 oder die Antriebsmittel der Nockenwelle 84 sind dazu vorzugsweise mit Rastmitteln ausgebildet, um die Nockenwelle 84 in den Drehpositionen, in denen die einzelnen Gangstufen eingelegt sind, relativ zu der Welle 82 festzulegen. Die Schaltvorgänge erfolgen zwischen den Rastpositionen und sind mit erreichen der jeweiligen Rastposition abgeschlossen wie es beispielsweise in 8d gezeigt ist.
In einer besonderen Ausführungsform kann das erste Teilgetriebe 26 wenigstens ein weiteres Losrad aufweisen, das mit einem Zahnrad eine geringere Übersetzung bzw. eine Untersetzung aufweist als das Losrad 38. Dieses weitere Losrad bzw. das Radpaar dieses weiteren Losrades bildet eine kleinste Gangstufe, die lediglich in Kombination mit der kleinsten Gangstufe des zweiten Teilgetriebes 28 geschaltet wird. Diese kleinste Gangstufe ist beispielsweise als besonderer Berggang wählbar und wird nicht mit den höheren Gangstufen des zweiten Teilgetriebes 28 kombiniert.
Das Losrad 38 bildet in dieser Ausführungsform eine kleinste Gangstufe des ersten Teilgetriebes 26, die mit mehreren Gangstufen des zweiten Teilgetriebes 28 kombiniert wird, wobei dem Losrad 38 weiterhin der konkave Betätigungsabschnitt 92 zugeordnet ist. Mit anderen Worten werden die Losräder 38 bis 43 in Kombination mit den Losrädern 48, 49 und 50 des zweiten Teilgetriebes 28 durchgeschaltet und das weitere Losrad lediglich mit dem Losrad 48 kombiniert.
In einer besonderen Ausführungsform kann das erste Teilgetriebe 26 auch mehrere weitere Losräder aufweisen, die jeweils mit einem Zahnrad ein Radpaar bilden, die eine geringere Übersetzung bzw. eine Untersetzung aufweisen als das Losrad 38 und lediglich in Kombination mit der kleinsten Gangstufe des zweiten Teilgetriebes 28 geschaltet werden. Dadurch können mehrere Berggänge bereitgestellt werden.
Dieser Schaltvorgang vom sechsten in den siebten Gang in drei Stufen wird dadurch möglich, dass der erste Schritt aus 8b bereits durch eine Umdrehung von etwa 15° bis 20° ausgeführt wird. Dadurch können durch eine Drehung der Nockenwellen 48, 112 um etwa 60° drei unabhängige aufeinanderfolgende Schaltschritte aus den 8b, 8c und 8d realisiert werden. Es versteht sich, dass die einzelnen Schaltschritte je nach Form der Betätigungsabschnitte durch unterschiedlich große Drehwinkel der Nockenwellen 84, 112 ausgeführt werden können.
Demgegenüber erfolgen Gangwechsel, die lediglich in dem ersten der Teilgetriebe 26 ausgeführt werden, in zwei aufeinanderfolgenden Schritten, wobei in einem ersten Schritt die Schaltklinke 70 bzw. der Freilauf des Losrades 60 der folgenden Gangstufe betätigt wird und in einem zweiten Schritt die Schaltklinke 70 der vorherigen Gangstufe eingeschwenkt bzw. der Freilauf gelöst oder deaktiviert wird. Der jeweilige Lastwechsel erfolgt entweder im ersten oder zweiten Schritt, je nachdem ob hoch- oder heruntergeschatet wird.
Beim Schalten in beiden Teilgetrieben 26, 28 wird in einem ersten Schritt die Schaltklinke 70 des Losrades 43 ausgeschwenkt und die Schaltklinke des Losrades 49 eingeschwenkt, so dass die Last über das Losrad 43 übertragen wird. In Schritt 2 wird die Schaltklinke 70 des Losrads 43 eingeschwenkt, und gleichzeitig die Schaltklinke 70 des Losrads 49 ausgeschwenkt, wobei diese zeitgleich oder wechselnd außer Eingriff bzw. in Eingriff der Innenverzahnung 46 gebracht werden. Dies bedeutet, dass die Schaltklinken 70 der Losräder 43 und 49 nicht gleichzeitig außer Eingriff oder gleichzeitig in Eingriff der Innenverzahnung 64 stehen, da ansonsten kurzfristig ein Leertreten oder kurzfristig ein Schalten in den zwölften Gang erfolgen kann.
In Schritt 3 werden die Schaltklinken 70 der Losräder 43 und 49 entsprechend vollständig eingeschwenkt bzw. vollständig ausgeschwenkt, so dass der Schaltzustand und der entsprechende Lastwechsel abgeschlossen werden. Der entsprechende Lastwechsel erfolgt durch besonders präzise Abstimmung der Betätigungsabschnitte der Nockenwellen 84, 112, so dass eine präzise Synchronisation der beiden Teilgetriebe 26, 28 möglich ist.

Claims

Schaltvorrichtung für eine Getriebeeinheit (10), insbesondere für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug (12), mit einer Welle (82), an der eine Mehrzahl von Losrädern (60) gelagert ist, wobei die Losräder (60) mittels Schaltklinken (70) mit der Welle (82) verbindbar sind, wobei die Schaltklinken (70) drehbar gelagert und durch eine Nockenwelle (84) selektiv betätigbar sind, wobei die Nockenwelle (84) mit Antriebsmitteln verbunden ist, um die Nockenwelle (84) zum Betätigen der Schaltklinken (70) relativ zu der Welle (82) zu rotieren, wobei die Nockenwelle (84) eine Mehrzahl von Betätigungsabschnitten (90, 92) aufweist, um die Schaltklinken (70), die den jeweiligen Losrädern (60) zugeordnet sind, zu betätigen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Betätigungsabschnitt (90) eine Mehrzahl von Flächenabschnitten (102, 104, 106) mit unterschiedlichen Steigungen aufweist, um durch die Rotation (94) der Nockenwelle (84) in Abhängigkeit einer Drehposition der Nockenwelle (84) unterschiedliche Kräfte auf die Schaltklinken (70) auszuüben oder um die Schaltklinken (70) mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten ein- oder auszuschwenken.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklinken (70) und die Betätigungsabschnitte (90, 92), die unterschiedlichen Losrädern (60) zugeordnet sind, derart ausgebildet sind, dass beim Betätigen der jeweiligen Schaltklinken (70) eine Drehwinkeländerung der Nockenwelle (84) unterschiedliche Drehwinkeländerungen der jeweiligen Schaltklinken (70) bewirkt.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsabschnitte (90, 92), die den Schaltklinken (70) von unterschiedlichen Losrädern (60) zugeordnet sind, an korrespondierenden Drehwinkelpositionen der Nockenwelle (84) Flächenabschnitte (102-110) mit unterschiedlichen Steigungen aufweisen.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsabschnitte (102'-110), die den Schaltklinken (70) von unterschiedlichen Losrädern (60) zugeordnet sind, wenigstens einen Flächenabschnitt (102-110) aufweisen, der relativ zu einer jeweils entsprechend angrenzenden Umfangsfläche (88) der Nockenwelle (84) unterschiedliche Neigungswinkel aufweist.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der an die Umfangsfläche (89) angrenzende Flächenabschnitt (106, 110) bei einer Rotation der Nockenwelle (84) zum Schalten in eine höhere Gangstufe der Getriebeeinheit (10) dazu ausgebildet ist, die Schaltklinken (70) auszuschwenken.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung eines Flächenabschnitts (110), der einem ersten der Losräder (70) zugeordnet ist, größer ist als die Steigung der Flächenabschnitte (102-106), die einer Mehrzahl von weiteren der Losräder (70) zugeordnet sind.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Losrad (70) einer Gangstufe der Getriebeeinheit (10) zugeordnet ist, die kleiner ist als wenigstens eine weitere Gangstufe der Getriebeeinheit (10).
Schaltvorrichtung für eine Getriebeeinheit (10), insbesondere für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug (12), mit einer Welle (82), an der eine Mehrzahl von Losrädern (60) gelagert ist, wobei die Losräder (60) mittels Schaltklinken (70) mit der Welle (82) verbindbar sind, wobei die Schaltklinken (70) drehbar gelagert und durch eine Nockenwelle (84) selektiv betätigbar sind, wobei die Nockenwelle (84) mit Antriebsmitteln verbunden ist, um die Nockenwelle (84) zum Betätigen der Schaltklinken (70) relativ zu der Welle (82) zu rotieren, wobei die Nockenwelle (84) eine Mehrzahl von Betätigungsabschnitten (90, 92) aufweist, um die Schaltklinken (70), die den jeweiligen Losrädern (60) zugeordnet sind, zu betätigen, wobei die Betätigungsabschnitte (90, 92) jeweils wenigstens einen Flächenabschnitt (102, 104, 106, 108, 110) aufweisen und die Flächenabschnitte, die den Schaltklinken (70) von unterschiedlichen Losrädern (60) zugeordnet sind, unterschiedliche Steigungen aufweisen, die Flächenabschnitte (102-106) ebene Flächen mit den unterschiedlichen Steigungen bilden.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Betätigungsabschnitt (90) eine Mehrzahl von Flächenabschnitten (102, 104, 106) mit unterschiedlichen Steigungen aufweist, um durch die Rotation (94) der Nockenwelle (84) in Abhängigkeit einer Drehposition der Nockenwelle (84) unterschiedliche Kräfte auf die Schaltklinken (70) auszuüben oder um die Schaltklinken (70) mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten ein- oder auszuschwenken.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Betätigungsabschnitte (90) in einer axialen Blickrichtung gegenüber einer Sekante (98) der Nockenwelle (84) wenigstens abschnittsweise konvex ausgebildet ist.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betätigungsabschnitt (92) in einer axialen Blickrichtung gegenüber einer Sekante (100) der Nockenwelle (84) wenigstens abschnittsweise konkav ausgebildet ist.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung der Flächenabschnitte (102-106) in einer Drehrichtung der Nockenwelle (84) zum Einschwenken der jeweiligen Schaltklinke (70) wenigstens abschnittsweise zunimmt.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steigung von drei in der Drehrichtung aufeinanderfolgenden Flächenabschnitten (102-106) zunimmt.
Schaltvorrichtung für eine Getriebeeinheit (10), insbesondere für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug (12), mit einer Welle (82), an der eine erste Mehrzahl von Losrädern (38 - 43) und eine zweite Mehrzahl von Losrädern (48 - 50) gelagert sind, die Losräder von zwei hintereinandergeschalteten Teilgetrieben (26, 28) der Getriebeeinheit (10) bilden, wobei die Losräder mittels schaltbaren Freiläufen (70) mit der Welle (82) verbindbar sind, und mit wenigstens einer Nockenwelle (84) die eine Mehrzahl von Betätigungsabschnitten (90, 92) aufweist, um die schaltbaren Freiläufe (70) zu betätigen, und wobei die wenigstens eine Nockenwelle (84) mit Antriebsmitteln verbunden ist, um die Nockenwelle (84) zum selektiven Betätigen der schaltbaren Freiläufe (70) relativ zu der Welle (82) zu rotieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsabschnitte dazu ausgebildet sind, einen Gangwechsel in beiden Teilgetrieben in einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Schritten auszuführen, wobei die Betätigungsabschnitte derart unterschiedlich ausgebildet sind, dass der Gangwechsel in den beiden Teilgetrieben wenigstens einen Schritt mehr aufweist als ein Gangwechsel in lediglich einem der Teilgetriebe, wobei wenigstens ein Betätigungsabschnitt (90) eine Mehrzahl von Flächenabschnitten (102, 104, 106) mit unterschiedlichen Steigungen aufweist, um durch die Rotation (94) der Nockenwelle (84) in Abhängigkeit einer Drehposition der Nockenwelle (84) unterschiedliche Kräfte auf die Schaltklinken (70) auszuüben oder um die Schaltklinken (70) mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten ein- oder auszuschwenken.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsabschnitte (90, 92) dazu ausgebildet sind, bei einem Gangwechsel in beiden Teilgetrieben (26, 28) vor einem Lastwechsel zwischen jeweils zwei Losrädern (38, 43, 48, 49) der beiden Teilgetriebe die Freiläufe (70) von zwei Losrädern (38, 43) in einem ersten der Teilgetriebe (26) gleichzeitig zu betätigen und nach dem Lastwechsel in einem zweiten der Teilgetriebe (28) den Freilauf (70) eines der Losräder (48, 49) zu lösen.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwellen (84, 112) derart synchronisiert sind, dass bei dem Lastwechsel die schaltbaren Freiläufe (70) von zwei Losrädern (43, 49), die jeweils unterschiedlichen der Teilgetriebe (26, 28) zugeordnet sind, wechselnd betätigt bzw. gelöst werden.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsabschnitte (90, 92) derart ausgebildet sind, dass der Gangwechsel in den beiden Teilgetrieben (26, 28) im Wesentlichen in drei aufeinanderfolgenden Schritten erfolgt.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Gangwechsels in unterschiedlichen Rotationspositionen der Nockenwellen (84, 112) erfolgen.
Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Lastwechsel in dem zweiten Teilgetriebe (26, 28) der Freilauf von lediglich einem der Losräder (49) betätigt ist.
Getriebeeinheit, insbesondere für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug, mit einer Eingangswelle (20), einer Ausgangswelle (22) und einer Vorgelegewelle (36), die eine Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 aufweist.