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Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf einen stufenlosen Fahrradgetriebemechanismus. Im Speziellen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen stufenlosen Fahrradgetriebemechanismus mit einem Reibrad.
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Fahrräder sind für gewöhnlich mit einem Kettenantrieb ausgestattet, der ein hinteres Antriebskettenrad umfasst, das an einer Hinterradnabe montiert ist, die am hinteren Teil des Fahrradrahmens montiert ist. Einige Fahrräder sind mit einer Hinterradnabe ausgestattet, die einen internen Übersetzungsmechanismus zum Schalten zwischen mehreren Gängen zum Ändern des Ausgabe-Übersetzungsverhältnisses von einem Antriebskettenrad umfasst. Diese Art Hinterradnabe wird oftmals als Nabenschaltung bezeichnet. Einige Nabenschaltungen sind mit einem stufenlosen Getriebe ausgestattet. Ein Beispiel für eine Nabenschaltung mit einem stufenlosen Getriebe ist in US-Patent
US 7 762 919 B2 offenbart. Bei der Nabenschaltung aus dieser Veröffentlichung nutzt das stufenlose Getriebe sphärische Drehzahlversteller, die jeweils eine schwenkbare Rotationsachse aufweisen. Die sphärischen Drehzahlversteller sind in einer Ebene über einer Längsachse des stufenlosen Getriebes verteilt.
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Ein weiteres Beispiel für eine Nabenschaltung mit einem stufenlosen Getriebe ist in
DE 10 2013 013 315 A1 offenbart. Das Getriebe hat eine Gesamtübersetzung größer als 650%, einer Gesamtmasse kleiner als 3 kg und einem Wirkungsgrad größer als 90%. Realisiert wird dies durch die Kombination eines Doppelkegel-Ring-Getriebes (Reibgetriebes) mit einer nachgeschalteten Planetenstufe mit feststehendem Steg in einer Hinterradnabe eines Fahrrades.
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Ein stufenloses Tretlagergetriebe mit einer Gesamtübersetzung größer als 200%, einer Gesamtmasse kleiner als 5 kg inkl. Elektromotor und einem Wirkungsgrad größer als 90% ist in
DE 10 2012 023 551 A1 offenbart. Realisiert wird dies durch die Kombination eines Doppelkegel-Ring-Getriebes (Reibgetriebes) mit einer vorgeschalteten Stirnradstufe als Hochtreiberstufe in der Nähe des Tretlagers eines Fahrrades.
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Ein Beispiel für ein Fahrradgetriebe ist in
DE 10 2012 209 096 A1 offenbart. Das Fahrradgetriebe umfasst eine Abtriebswelle, ein drehfest auf der Abtriebswelle angeordnetes erstes Reibrad, ein vom Fahrer und/oder Motor antreibbares, koaxial zur Abtriebswelle gelagertes zweites Reibrad, und zumindest einen exzentrisch zur Abtriebswelle angeordneten, drehbar gelagerten Doppelkegel, wobei zur Drehmomentübertragung das erste Reibrad und das zweite Reibrad auf dem Doppelkegel reibschlüssig wälzen.
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Ein Beispiel für eine Fahrradgetriebenabe mit einem Planetengetriebemechanismus ist in
DE 697 03 135 T2 offenbart. Die Getriebenabe weist eine drehbar montierte Kupplung auf, die in Längsrichtung der Nabenachse beweglich ist, und eine Kupplungsbetätigungseinheit mit einem Schaltbolzen, der die Kupplung betätigt.
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Im Hinblick auf die Montage oder Wartung des stufenlosen Getriebes verfügt das stufenlose Getriebe wünschenswerterweise über einen einfachen Mechanismus. Einer der in dieser Offenbarung vorgestellten Aspekte ist die Bereitstellung eines stufenlosen Fahrradgetriebemechanismus, der über einen einfacheren Mechanismus verfügt.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen stufenlosen Fahrradgetriebemechanismus bereitzustellen, der über einen einfacheren Mechanismus verfügt.
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Diese Aufgabe wird mit einem stufenlosen Fahrradgetriebemechanismus nach Anspruch 1 bzw. mit einer Fahrrad-Nabe nach Anspruch 22 gelöst.
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Im Hinblick auf den Stand der bekannten Technologie umfasst ein stufenloser Fahrradgetriebemechanismus ein Ringreibrad, mindestens ein konisches Planetenreibrad, ein Sonnenreibrad und einen Träger. Das mindestens eine konische Planetenreibrad ist reibungsschlüssig in Eingriff mit dem Ringreibrad. Das mindestens eine konische Planetenreibrad ist um eine Rotationsachse einer Reibradachse des mindestens einen konischen Planetenreibrades drehbar. Das Sonnenreibrad ist reibungsschlüssig in Eingriff mit dem mindestens einen konischen Planetenreibrad. Der Träger lagert drehbar beide Enden der Reibradachse des mindestens einen konischen Planetenreibrades. Der Träger kann entlang einer Achse mit dem mindestens einen konischen Planetenreibrad bewegt werden.
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Andere Gegenstände, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Anmeldung werden dem Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform offenbart.
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Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die einen Teil dieser Originaloffenbarung bilden, ist:
- 1 eine Seitenansicht eines Teils eines Fahrrads mit einer Nabenbaueinheit mit einer stufenlosen Getriebeeinheit gemäß einer Ausführungsform;
- 2 eine Vorderansicht der in 1 veranschaulichten Nabenbaueinheit mit der stufenlosen Getriebeeinheit;
- 3 eine Querschnittsansicht einer oberen Hälfte der in 2 veranschaulichten Nabenbaueinheit mit der stufenlosen Getriebeeinheit, die einen Reibradträger der stufenlosen Getriebeeinheit veranschaulicht, der axial in der höchsten Gangposition positioniert ist und so das höchste Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit einrichtet;
- 4 eine Querschnittsansicht der oberen Hälfte der in 2 veranschaulichten Nabenbaueinheit mit der stufenlosen Getriebeeinheit, die den Reibradträger der stufenlosen Getriebeeinheit veranschaulicht, der axial in einer mittleren Gangposition positioniert ist und so ein mittleres Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit einrichtet;
- 5 eine Querschnittsansicht der oberen Hälfte der in 2 veranschaulichten Nabenbaueinheit mit der stufenlosen Getriebeeinheit, die den Reibradträger der stufenlosen Getriebeeinheit veranschaulicht, der axial in der niedrigsten Gangposition positioniert ist und so das niedrigste Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit einrichtet;
- 6 eine perspektivische Ansicht eines Teils der in 3 veranschaulichten stufenlosen Getriebeeinheit, wobei die stufenlose Getriebeeinheit auf einer Nabenwelle der Nabenbaueinheit montiert ist;
- 7 eine perspektivische Ansicht eines Teils der in 3 veranschaulichten stufenlosen Getriebeeinheit, wobei ein Hohlrad, ein Freilaufmechanismus und eine Abtriebsscheibe von der in 6 veranschaulichten stufenlosen Getriebeeinheit entfernt sind;
- 8 eine perspektivische Ansicht des Reibradträgers und eines Teils eines Wechselmechanismus der in 3 veranschaulichten stufenlosen Getriebeeinheit, wobei der Reibradträger an der Nabenachse der Nabenbaueinheit montiert ist;
- 9 eine perspektivische Ansicht des Reibradträgers und des Wechselmechanismus der in 3 veranschaulichten stufenlosen Getriebeeinheit, wobei der Reibradträger für eine Axialbewegung mit dem Wechselmechanismus verbunden ist, wobei der Reibradträger axial in der höchsten Gangposition positioniert ist und so das höchste Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit einrichtet;
- 10 eine Vorderansicht des Reibradträgers und des Wechselmechanismus der in 3 veranschaulichten stufenlosen Getriebeeinheit, wobei der Reibradträger axial in der höchsten Gangposition positioniert ist und so das höchste Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit einrichtet;
- 11 eine perspektivische Ansicht des Reibradträgers und des Wechselmechanismus der in 3 veranschaulichten stufenlosen Getriebeeinheit, wobei der Reibradträger axial in einer mittleren Gangposition positioniert ist und so ein mittleres Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit einrichtet;
- 12 eine Vorderansicht des Reibradträgers und des Wechselmechanismus der in 3 veranschaulichten stufenlosen Getriebeeinheit, wobei der Reibradträger axial in einer mittleren Gangposition positioniert ist und so ein mittleres Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit einrichtet;
- 13 eine perspektivische Ansicht des Reibradträgers und des Wechselmechanismus der in 3 veranschaulichten stufenlosen Getriebeeinheit, wobei der Reibradträger axial in der niedrigsten Gangposition positioniert ist und so das niedrigste Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit einrichtet; und
- 14 eine Vorderansicht des Reibradträgers und des Wechselmechanismus der in 3 veranschaulichten stufenlosen Getriebeeinheit, wobei der Reibradträger axial in der niedrigsten Gangposition positioniert ist und so das niedrigste Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit einrichtet.
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Nunmehr wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform erläutert. Der Fachmann wird aus dieser Offenbarung ersehen, dass die folgenden Beschreibungen der Ausführungsform lediglich der Veranschaulichung und nicht der Einschränkung der Erfindung, wie sie von den anhängenden Ansprüchen und deren Äquivalenten definiert ist, dienen.
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Zunächst ist, bezogen auf 1, ein Teil eines Fahrrads 10 veranschaulicht, das mit einer Nabenbaueinheit 12 (z. B. einer Fahrrad-Nabe) gemäß einer Ausführungsform ausgestattet ist. Wie in 1 veranschaulicht, umfasst der Teil des Fahrrads 10 ferner einen Rahmen 14, ein Hinterrad 16, ein vorderes Kettenrad 18 und eine Kette 20. Wenn auch nicht gezeigt, umfasst der Teil des Fahrrads 10 ebenso eine Lenkstange mit einem daran montierten herkömmlichen Gang-schalthebel. Der herkömmliche Gangschalthebel ist ferner mit einem Bowden-Zug 21 (z. B. einem Seilzug) verbunden, damit die Nabenbaueinheit 12 so betätigt werden kann, dass sie durch effektive Übersetzungsverhältnisse zwischen Höchst- und Mindestwerten wechselt, wie nachstehend ausführlicher beschrieben. Das Hinterrad 16 wird drehbar von der Nabenbaueinheit 12 an dem Rahmen 14 gehalten. Das vordere Kettenrad 18 ist so konfiguriert, dass es die Drehkraft der Tretwirkung des Radfahrers aufnimmt. Die Kette 20 ist so konfiguriert, dass sie die Drehkraft auf herkömmliche Art und Weise von dem vorderen Kettenrad 18 auf die Nabenbaueinheit 12 überträgt und so das Hinterrad 16 bezogen auf den Rahmen 14 dreht. In der veranschaulichten Ausführungsform weist die Nabenbaueinheit 12 einen Abstand bis über die Sicherungsmutter von 135 mm auf, der zwischen Außenflächen von Sicherungsmuttern gemessen wurde, wo sie den Rahmen 14 kontaktieren. Die Nabenbaueinheit 12 kann jedoch auch eine Nabenbaueinheit mit einem anderen Ausmaß sein.
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Wie in 2 veranschaulicht, umfasst die Nabenbaueinheit 12 grundsätzlich eine stufenlose Getriebeeinheit 22 (z. B. einen stufenlosen Getriebemechanismus oder einen stufenlosen Fahrradgetriebemechanismus; nachstehend als „CVT-Einheit 22“ bezeichnet). Die Nabenbaueinheit 12 umfasst ebenso ein hinteres Kettenrad 24 und eine stationäre Nabenwelle 26 (z. B. Fahrradachse). Ferner umfasst die Nabenbaueinheit 12 ein Antriebsteil 28 und ein Nabengehäuse 30. Das hintere Kettenrad 24 und das Antriebsteil 28 sind Beispiele für ein Antriebselement, und das Nabengehäuse 30 ist ein Beispiel für ein angetriebenes Element. Überdies umfasst die Nabenbaueinheit 12 eine vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 (z. B. einen vorgeschalteten Planetengetriebemechanismus). In der veranschaulichten Ausführungsform ist die CVT-Einheit 22 operativ in einem Kraftübertragungsweg angeordnet, der zwischen dem hinteren Kettenrad 24 und dem Nabengehäuse 30 definiert ist. Die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 ist operativ in dem Kraftübertragungsweg zwischen dem hinteren Kettenrad 24 und dem Nabengehäuse 30 angeordnet.
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Wie in den 3 bis 5 veranschaulicht, wird das hintere Kettenrad 24 drehbar an der Nabenwelle 26 gelagert. Das hintere Kettenrad 24 ist so konfiguriert, dass es die Drehkraft vom vorderen Kettenrad 18 über die Kette 20 aufnimmt. Die Nabenwelle 26 ist auf herkömmliche Weise stationär mit dem Rahmen 14 verbunden. Die Nabenwelle 26 verfügt über eine Mittelachse R1 (z. B. eine Nabenachse oder eine Achse), die eine Rotationsachse der Nabenbaueinheit 12 und des Hinterrades 16 definiert. Das Nabengehäuse 30 wird durch einen linken Rollenlagerring 34, einen rechten Rollenlagerring 36, eine Seitenplatte 37 und mehrere (in der veranschaulichten Ausführungsform vier) Traglager 38a, 38b, 38c und 38d drehbar um die Nabenwelle 26 gelagert. Das Nabengehäuse 30 definiert den Innenraum der Nabenbaueinheit 12. Das Nabengehäuse 30 umfasst ferner die Speichenflansche 40 und 42. Die Speichenflansche 40 und 42 sind so konfiguriert, dass sie auf herkömmliche Art und Weise Speichen und einen äußeren Felgenkranz des Hinterrades 16 tragen. Der linke Rollenlagerring 34 ist durch das Traglager 38a, das zwischen dem linken Rollenlagerring 34 und der Nabenwelle 26 angeordnet ist, bezogen auf die Nabenwelle 26 drehbar gelagert. Der rechte Rollenlagerring 36 ist über das Nabengehäuse 30 und die Seitenplatte 37 fest mit dem linken Rollenlagerring 34 verbunden. Der rechte Rollenlagerring 36 ist in eine Innenumfangsfläche der Seitenplatte 37 eingepresst. Die Seitenplatte 37 ist mit einer Keilnutkopplung oder auf andere geeignete Art und Weise fest mit dem Nabengehäuse 30 verbunden. Der rechte Rollenlagerring 36 ist durch das Traglager 38b, das zwischen dem rechten Rollenlagerring 36 und dem Antriebsteil 28 radial angeordnet ist, bezogen auf das Antriebsteil 28 drehbar gelagert. Das Antriebsteil 28 hat in der Regel eine ringförmige konische Form. Das Antriebsteil 28 ist durch das Traglager 38c, das radial zwischen dem Antriebsteil 28 und der Nabenwelle 26 angeordnet ist, drehbar um die Nabenwelle 26 gelagert. Das Antriebsteil 28 trägt das hintere Kettenrad 24, das fest an dem Antriebsteil 28 angebracht ist. Da das hintere Kettenrad 24 nicht drehbar an dem Antriebsteil 28 befestigt ist, wird die Drehkraft von dem hinteren Kettenrad 24 direkt auf das Antriebsteil 28 übertragen.
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Nachstehend wird die Drehrichtung, in der sich das hintere Kettenrad 24 um die Mittelachse R1 bezogen auf die Vorwärtstretwirkung des Radfahrers dreht, als die „Vorwärtsdrehrichtung“ um die Mittelachse R1 bezeichnet (d. h. in 1 im Uhrzeigersinn um die Nabenbaueinheit 12). Ferner wird die Drehrichtung, die entgegen der Vorwärtsdrehrichtung verläuft, als die „Rückwärtsdrehrichtung“ um die Mittelachse R1 bezeichnet (in 1 entgegen dem Uhrzeigersinn um die Nabenbaueinheit 12). Ferner wird die Achsenrichtung, in die der ausgestreckte Daumen der rechten Hand zeigt, wenn die Mittelachse R1 so ergriffen wird, dass die anderen Finger der rechten Hand in die Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1 zeigen, als die „erste Achsenrichtung X1“ der Mittelachse R1 der Nabenwelle 26 bezeichnet (d. h. in 3 Linksrichtung entlang der Mittelachse R1 der Nabenwelle 26). Überdies wird die Achsenrichtung entgegen der ersten Achsenrichtung als die „zweite Achsenrichtung X2“ der Mittelachse R1 der Nabenwelle 26 bezeichnet (d. h. in 3 Rechtsrichtung entlang der Mittelachse R1 der Nabenwelle 26).
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Wie in den 3 bis 5 veranschaulicht, sind die CVT-Einheit 22 und die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 im Innenraum des Nabengehäuses 30 angeordnet. Die CVT-Einheit 22 und die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 sind operativ in einem Kraftübertragungsweg zwischen dem Antriebsteil 28 und dem Nabengehäuse 30 angeordnet. Genauer gesagt, ist die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 bezogen auf die CVT-Einheit 22 operativ in dem Kraftübertragungsweg vorgeschaltet angeordnet. Im Speziellen ist die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 operativ zwischen dem Antriebsteil 28 und der CVT-Einheit 22 angeordnet. Die CVT-Einheit 22 ist operativ zwischen der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32 und dem Nabengehäuse 30 angeordnet. Mit dieser Anordnung wird die Drehkraft über die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 und die CVT-Einheit 22 über den Kraftübertragungsweg vom Antriebsteil 28 auf das Nabengehäuse 30 übertragen. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Nabenbaueinheit 12 einen vorgeschalteten Freilaufmechanismus 44. Der Freilaufmechanismus 44 ist in dem Kraftübertragungsweg zwischen dem Antriebsteil 28 und dem Nabengehäuse 30 angeordnet. Genauer gesagt, ist der Freilaufmechanismus 44 in dem Kraftübertragungsweg zwischen dem Antriebsteil 28 und der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32 angeordnet. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Nabenbaueinheit 12 einen nachgeschalteten Freilaufmechanismus 46. Der Freilaufmechanismus 46 ist in dem Kraftübertragungsweg zwischen dem Antriebsteil 28 und dem Nabengehäuse 30 angeordnet. Genauer gesagt, ist der Freilaufmechanismus 46 in dem Kraftübertragungsweg zwischen der CVT-Einheit 22 und dem Nabengehäuse 30 angeordnet. Ferner umfasst die Nabenbaueinheit 12 einen Abtriebsring 48, der fest mit dem Nabengehäuse 30 verbunden und zwischen dem Freilaufmechanismus 46 und dem Nabengehäuse 30 angeordnet ist.
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In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 grundsätzlich ein vorgeschaltetes Sonnenrad 50 (z. B. ein Sonnenrad), mehrere vorgeschaltete Planetenräder 52 (z. B. Planetenräder), ein vorgeschaltetes Hohlrad 54 (z. B. ein Hohlrad) und einen vorgeschalteten Planetenradträger 56 (z. B. einen Planetenradträger). Im Speziellen umfasst in der veranschaulichten Ausführungsform die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 vier vorgeschaltete Planetenräder 52 (von denen nur eines in 3 gezeigt ist). Die Anzahl der vorgeschalteten Planetenräder 52 kann jedoch nach Bedarf oder wie gewünscht geändert werden. Beispielsweise kann die Anzahl der vorgeschalteten Planetenräder 52 weniger als vier (z. B. drei) oder mehr als vier (z. B. sieben) betragen. Das vorgeschaltete Sonnenrad 50, die vorgeschalteten Planetenräder 52 , das vorgeschaltete Hohlrad 54 und der vorgeschaltete Planetenradträger 56 sind aus einem metallischen Material wie Stahl oder irgendeinem anderen geeigneten Material, das üblicherweise in Getriebemechanismen verwendet wird, gefertigt. Andererseits umfasst in der veranschaulichten Ausführungsform die CVT-Einheit 22 grundsätzlich ein Ringreibrad 58, mehrere konische Planetenreibräder 60 (z. B. mindestens ein konisches Planetenrad), einen Reibradträger 62 (z. B. einen Träger) und ein Sonnenreibrad 64. Im Speziellen umfasst in der veranschaulichten Ausführungsform, wie in den 6 und 7 gezeigt, die CVT-Einheit 22 sieben konische Planetenreibräder 60 (von denen nur eins in 3 gezeigt ist). Die Anzahl der konischen Planetenreibräder 60 kann jedoch nach Bedarf oder wie gewünscht geändert werden. Genauer gesagt, kann die Anzahl der konischen Planetenreibräder 60 beispielsweise weniger als sieben (z. B. sechs) oder mehr als sieben (z. B. acht) betragen. Das Ringreibrad 58, die konischen Planetenreibräder 60, der Rollenträger 62 und das Sonnenreibrad 64 sind aus einem metallischen Material, wie Stahl oder irgendeinem anderen geeigneten Material, das üblicherweise in Reibradmechanismen verwendet wird, gefertigt.
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Unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 wird die Konfiguration der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32 ausführlich erörtert. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 operativ zwischen dem Antriebsteil 28 und dem Sonnenreibrad 64 der CVT-Einheit 22 angeordnet, so dass die Drehkraft (z. B. eine Antriebskraft) durch die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 von dem Antriebsteil 28 auf das Sonnenreibrad 64 der CVT-Einheit 22 übertragen wird. Mit der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32 wird der Träger für das vorgeschaltete Planetengetriebe 56 bezogen auf die Nabenwelle 26 stationär gehalten. Das vorgeschaltete Hohlrad 54 empfängt eine Antriebsdrehung in der Vorwärtsdrehrichtung von dem Antriebsteil 28, während das vorgeschaltete Sonnenrad 50 eine Abtriebsdrehung in der Rückwärtsdrehrichtung an das Sonnenreibrad 64 der CVT-Einheit 22 ausgibt. Mit anderen Worten, die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 kehrt die Drehrichtung der Antriebsdrehung von dem Antriebsteil 28 um. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das vorgeschaltete Hohlrad 54 operativ mit dem Antriebsteil 28 verbunden, so dass das vorgeschaltete Hohlrad 54 die Drehkraft von dem Antriebsteil 28 empfängt. Die vorgeschalteten Planetenräder 52 sind in Eingriff mit dem vorgeschalteten Hohlrad 54. Der Träger für das vorgeschaltete Planetengetriebe 56 lagert nicht-drehbar an der Nabenwelle 26. Der Träger für das vorgeschaltete Planetengetriebe 56 lagert drehbar die vorgeschalteten Planetenräder 52. Das vorgeschaltete Sonnenrad 50 ist operativ mit den vorgeschalteten Planetenrädern 52 verbunden, so dass das vorgeschaltete Sonnenrad 50 die Drehkraft auf das Sonnenreibrad 64 der CVT-Einheit 22 überträgt.
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Genauer gesagt, ist in der veranschaulichten Ausführungsform das vorgeschaltete Hohlrad 54 über den Freilaufmechanismus 44 mit dem Antriebsteil 28 verbunden. Der Freilaufmechanismus 44 ist ein herkömmlicher Freilaufmechanismus und überträgt die Drehkraft lediglich in die Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1 von dem Antriebsteil 28 auf das vorgeschaltete Hohlrad 54. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Antriebsteil 28 nicht-drehbar mit einem Antriebsring 44a des Freilaufmechanismus 44 mit einer Keilnutkopplung verbunden. Der Antriebsring 44a kontaktiert über Räder radial eine Innenumfangsfläche des vorgeschalteten Hohlrades 54. Das vorgeschaltete Hohlrad 54 ist in der Regel ringförmig. Das vorgeschaltete Hohlrad 54 umfasst sich radial nach innen erstreckende Zähne 54a. Das vorgeschaltete Hohlrad 54 ist um die Nabenwelle 26 mit dem Antriebsteil 28 in der Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1 drehbar. Die vorgeschalteten Planetenräder 52 lagern drehbar an dem vorgeschalteten Planetenradträger 56. Der vorgeschaltete Planetenradträger 56 lagert nicht-drehbar an der Nabenwelle 26. Der vorgeschaltete Planetenradträger 56 weist mehrere (in der veranschaulichten Ausführungsform vier) Rotationsachsen 56a auf, die im gleichen Abstand in Umfangsrichtung an dem vorgeschalteten Planetenradträger 56 um die Nabenwelle 26 angeordnet sind. Die vorgeschalteten Planetenräder 52 sind drehbar mit den jeweiligen Rotationsachsen 56a des vorgeschalteten Planetenradträgers 56 verbunden. Die Rotationsachsen 56a weisen Mittelachsen auf, die die jeweiligen Rotationsachsen R2 der vorgeschalteten Planetenräder 52 definieren.
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Jedes der vorgeschalteten Planetenräder 52 umfasst sich radial nach außen erstreckende Zähne 52a. Die Zähne 52a der vorgeschalteten Planetenräder 52 verbinden sich mit den Zähnen 54a des vorgeschalteten Hohlrades 54 an radial äußeren Stellen der Mittelachse R1 bezogen auf die jeweiligen Rotationsachsen R2. Das vorgeschaltete Sonnenrad 50 weist sich radial nach außen erstreckende Zähne 50a auf. Die Zähne 50a verbinden sich mit den Zähnen 52a des vorgeschalteten Planetenrades 52 an radial inneren Stellen der Mittelachse R1 bezogen auf die Rotationsachse R2. Ferner ist das vorgeschaltete Sonnenrad 50 in herkömmlicher Art und Weise fest mit einer Innenumfangsfläche des Sonnenreibrades 64 der CVT-Einheit 22 verbunden. Im Speziellen greifen in der veranschaulichten Ausführungsform Keilnuten, die an einer Außenumfangsfläche des vorgeschalteten Sonnenrades 50 ausgebildet sind, in Keilrillen an der Innenumfangsfläche des Sonnenreibrades 64 ein. In der veranschaulichten Ausführungsform umfassen die vorgeschalteten Planetenräder 52 einen einzelnen Getriebeabschnitt. Die vorgeschalteten Planetenräder 52 können jedoch nach Bedarf oder wie gewünscht eine andere Art von Getriebe sein. Im Speziellen können die vorgeschalteten Planetenräder 52 ein Stufengetriebe mit doppelten Getriebeabschnitten umfassen (d. h. Getriebeabschnitte mit kleinerem und größerem Durchmesser). Die doppelten Getriebeabschnitte greifen in die Zähne 50a des vorgeschalteten Sonnenrades 50 bzw. die Zähne 54a des vorgeschalteten Hohlrades 54 ein, wodurch nach Bedarf oder wie gewünscht die Rotationsgeschwindigkeit erhöht oder verringert wird.
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Bezogen auf die 3 bis 8 wird die Konfiguration der CVT-Einheit 22 ausführlich erörtert. In der veranschaulichten Ausführungsform sind die konischen Planetenreibräder 60 in reibungsschlüssigem Eingriff mit dem Ringreibrad 58. Die konischen Planetenreibräder 60 sind um die jeweiligen Rotationsachsen R3 der konischen Planetenreibräder 60 drehbar. Das Sonnenreibrad 64 ist in reibungsschlüssigem Eingriff mit den konischen Planetenreibrädern 60. Der Reibradträger 62 lagert drehbar die konischen Planetenreibräder 60. Der Reibradträger 62 ist entlang der Mittelachse R1 mit dem konischen Planetenreibrad 60 verschiebbar. In der veranschaulichten Ausführungsform wird der Reibradträger 62 bezogen auf die Nabenwelle 26 nicht drehbar gehalten. Der Reibradträger 62 ist bezogen auf die Nabenwelle 26 zwischen einer ersten axialen Position (gezeigt in 3) und einer zweiten axialen Position (gezeigt in 5) über eine mittlere axiale Position (gezeigt in 4) verschiebbar. Die erste axiale Position befindet sich an einem Ende eines Bewegungsbereiches des Reibradträger 62 in der zweiten Achsenrichtung X2, während sich die zweite axiale Position an dem anderen Ende des Bewegungsbereiches des Reibradträger 62 in der ersten Achsenrichtung X1 befindet. Mit anderen Worten, die erste axiale Position befindet sich axial in der zweiten Achsenrichtung X2 bezogen auf die zweite axiale Position. Die mittlere axiale Position befindet sich axial zwischen der ersten und der zweiten axialen Position. Das Sonnenreibrad 64 empfängt eine Antriebsdrehung in der Rückwärtsdrehrichtung von dem vorgeschalteten Sonnenrad 50 der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32, während das Ringreibrad 58 eine Abtriebsdrehung in der Vorwärtsdrehrichtung an das Nabengehäuse 30 abgibt. Mit anderen Worten, die CVT-Einheit 22 kehrt die Drehrichtung der Antriebsdrehung von dem vorgeschalteten Sonnenrad 50 der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32 um. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Antriebsteil 28 operativ mit dem Sonnenreibrad 64 verbunden, so dass die Drehkraft vom Antriebsteil 28 durch das Sonnenreibrad 64 auf die konischen Planetenreibräder 60 übertragen wird. Das Nabengehäuse 30 ist operativ mit dem Ringreibrad 58 verbunden, so dass das Nabengehäuse 30 durch das Ringreibrad 58 die Drehkraft von den konischen Planetenreibrädern 60 empfängt.
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Genauer gesagt, ist in der veranschaulichten Ausführungsform das Sonnenreibrad 64 operativ auf der Nabenwelle 26 gelagert. Genauer gesagt, ist das Sonnenreibrad 64 drehbar auf der Nabenwelle 26 gelagert. Das Sonnenreibrad 64 ist durch den Freilaufmechanismus 44 und die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 operativ mit dem Antriebsteil 28 verbunden. Das Sonnenreibrad 64 ist nach Bedarf oder wie gewünscht mit der Keilnutkopplung oder in einer anderen geeigneten Art und Weise fest mit dem vorgeschalteten Sonnenrad 50 verbunden. Das Sonnenreibrad 64 weist eine verjüngte Außenumfangsfläche 64a auf. Die verjüngte Außenumfangsfläche 64a des Sonnenreibrades 64 ist in reibungsschlüssigem Eingriff mit den konischen Planetenreibrädern 60. Die verjüngte Außenumfangsfläche 64a ist so konfiguriert und angeordnet, dass sich der Außendurchmesser der verjüngten Außenumfangsfläche 64a entlang der ersten Achsenrichtung X1 der Nabenwelle 26 verringert. Die verjüngte Außenumfangsfläche 64a hat keine Zähne. In der veranschaulichten Ausführungsform ist ein Ansatzbauteil 66 fest mit einem axialen Endabschnitt des Sonnenreibrades 64 verbunden. Das Ansatzbauteil 66 erstreckt sich radial von dem Sonnenreibrad 64 nach außen. Das Ansatzbauteil 66 wird von dem Traglager 38d, das axial zwischen dem Ansatzbauteil 66 und der Seitenplatte 37 angeordnet ist, relativ drehbar an der Seitenplatte 37 gelagert. Das Sonnenreibrad 64 und das Ansatzbauteil 66 werden von dem Traglager 38d axial bezogen auf das Nabengehäuse 30 und die Seitenplatte 37 gelagert.
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Unter weiterer Bezugnahme auf die 3 bis 5 wird die Konfiguration der konischen Planetenreibräder 60 ausführlich erörtert. Die konischen Planetenreibräder 60 sind drehbar an dem Reibradträger 62 gelagert. Die konischen Planetenreibräder 60 greifen reibungsschlüssig in das Ringreibrad 58 und das Sonnenreibrad 64 ein. Die konischen Planetenreibräder 60 sind im Wesentlichen identisch miteinander. Daher wird aus Gründen der Kürze nachstehend nur eines von ihnen erläutert (d. h. das konische Planetenreibrad 60 in 3). In der veranschaulichten Ausführungsform weist das konische Planetenreibrad 60 einen ersten und einen zweiten Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 und 72 und eine erste und zweite Reibradachse 74 und 76 (z. B. Reibradachsen) auf. Der erste und der zweite Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 und 72 und die erste und zweite Reibradachse 74 und 76 sind konzentrisch entlang der Rotationsachse R3, die von der ersten und der zweiten Reibradachse 74 und 76 definiert wird, angeordnet. Der erste und der zweite Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 und 72 sind axial bezogen aufeinander an axial beanstandeten Stellen entlang der Rotationsachse R3 angeordnet. Der erste und der zweite Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 und 72 sind in reibungsschlüssigem Eingriff mit dem Sonnenreibrad 64 bzw. dem Ringreibrad 58. Die erste Reibradachse 74 erstreckt sich axial von einem axialen Endabschnitt des ersten Abschnitts zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 weg von dem zweiten Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 72. Die zweite Reibradachse 76 erstreckt sich axial von einem axialen Endabschnitt des zweiten Abschnitts zum reibungsschlüssigen Eingriff 72 weg von dem ersten Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 70. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das konische Planetenreibrad 60 integral als ein einstückiges unitäres Bauteil ausgebildet. Das konische Planetenreibrad 60 kann nach Bedarf oder wie gewünscht aber auch durch den Zusammenbau separater Teile gebildet werden.
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Wie in den 3 bis 5 veranschaulicht, hat der erste Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 eine Kegelstumpfform (d. h. einen Kegelabschnitt oder Kegelstumpf) mit einer verjüngten Außenumfangsfläche 70a. Der zweite Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 72 hat eine Kegelstumpfform (d. h. einen Kegelabschnitt oder Kegelstumpf) mit einer verjüngten Außenumfangsfläche 72a. Die verjüngte Außenumfangsfläche 70a des ersten Abschnitts zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 hat einen Außendurchmesser, der sukzessive von einem ersten Mindestdurchmesser an dem axialen Endabschnitt des ersten Abschnitts zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 auf einen ersten Maximaldurchmesser ansteigt, wenn sich der zweite Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 72 entlang der Rotationsachse R3 axial annähert. Die verjüngte Außenumfangsfläche 72a des zweiten Abschnitts zum reibungsschlüssigen Eingriff 72 hat einen Außendurchmesser, der sukzessive von einem zweiten Mindestdurchmesser an dem axialen Endabschnitt des zweiten Abschnitts zum reibungsschlüssigen Eingriff 72 auf einen zweiten Maximaldurchmesser ansteigt, wenn sich der erste Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 entlang der Rotationsachse R3 axial annähert. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der erste Maximaldurchmesser des ersten Abschnitts zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 im Wesentlichen gleich dem zweiten Maximaldurchmesser des zweiten Abschnitts zum reibungsschlüssigen Eingriff 72. Der erste und der zweite Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 und 72 haben keine Zähne. Genauer gesagt, sind keine Zähne an den verjüngten Außenumfangsflächen 70a und 72a ausgebildet. Ferner, wie in den 3 bis 5 veranschaulicht, sind der erste und der zweite Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 und 72 so konfiguriert, dass sich eine Oberkantenlinie an der verjüngten Außenumfangsfläche 72a parallel zu einer Unterkantenlinie der verjüngten Außenumfangsfläche 70a so erstreckt, dass das konische Planetenreibrad 60 den Eingriff mit dem Ringreibrad 58 und dem Sonnenreibrad 64 kontinuierlich aufrechterhält, während es sich entlang der Mittelachse R1 bewegt. Die Oberkantenlinie an der verjüngten Außenumfangsfläche 72a ist als eine Gruppe radial äußerster Positionen der verjüngten Außenumfangsfläche 72a entlang der Mittelachse R1 definiert. Die Unterkantenlinie an der verjüngten Außenumfangsfläche 70a ist als eine Gruppe radial innerster Positionen der verjüngten Außenumfangsfläche 70a entlang der Mittelachse R1 definiert.
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Die verjüngte Außenumfangsfläche 70a des ersten Abschnitts zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 greift reibungsschlüssig an der verjüngten Außenumfangsfläche 64a des Sonnenreibrades 64 an. In der veranschaulichten Ausführungsform kontaktiert die verjüngte Außenumfangsfläche 70a die verjüngte Außenumfangsfläche 64a so, dass die verjüngte Außenumfangsfläche 70a einen ersten wirksamen Durchmesser D1 an einem ersten Kontaktpunkt aufweist, der zwischen der verjüngten Außenumfangsfläche 70a und der verjüngten Außenumfangsfläche 64a eingerichtet ist. Der erste Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 ist so ausgerichtet, dass sich ein Schnittpunkt der verjüngten Außenumfangsfläche 70a mit einer ersten Ebene, welche die Mittelachse R1 der Nabenwelle 26 und die Rotationsachse R3 des konischen Planetenreibrades 60 umfasst, im Wesentlichen entlang eines Schnittpunktes der verjüngten Außenumfangsfläche 64a mit dieser ersten Ebene erstreckt. Die verjüngte Außenumfangsfläche 72a des zweiten Abschnitts zum reibungsschlüssigen Eingriff 72 greift reibungsschlüssig in das Ringreibrad 58 ein. Im Speziellen kontaktiert die verjüngte Außenumfangsfläche 72a eine verjüngte Innenumfangsfläche 58a des Ringreibrades 58 so, dass die verjüngte Außenumfangsfläche 72a einen zweiten wirksamen Durchmesser D2 an einem zweiten Kontaktpunkt aufweist, der zwischen der verjüngten Außenumfangsfläche 72a und der verjüngten Innenumfangsfläche 58a eingerichtet ist. Der zweite Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 72 ist so ausgerichtet, dass sich ein Schnittpunkt der verjüngten Außenumfangsfläche 72a mit der ersten Ebene, welche die Mittelachse R1 der Nabenwelle 26 und die Rotationsachse R3 des ersten konischen Planetenreibrades 60 umfasst, im Wesentlichen entlang eines Schnittpunktes der verjüngten Innenumfangsfläche 58a mit dieser ersten Ebene erstreckt.
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In der veranschaulichten Ausführungsform, wie in den 3 bis 5 veranschaulicht, steigt der erste wirksame Durchmesser D1 des ersten Abschnitts zum reibungsschlüssigen Eingriff 70 von jedem der konischen Planetenreibräder 60 sukzessive an, wenn sich der Reibradträger 62 mit den konischen Planetenreibrädern 60 kontinuierlich aus der ersten axialen Position (gezeigt in 3) hin zu der zweiten axialen Position (gezeigt in 5) bewegt. Andererseits sinkt der zweite wirksame Durchmesser D2 des zweiten Abschnitts zum reibungsschlüssigen Eingriff 72 von jedem der konischen Planetenreibräder 60 sukzessive, wenn sich der Reibradträger 62 mit den konischen Planetenreibrädern 60 kontinuierlich aus der ersten axialen Position (gezeigt in 3) hin zu der zweiten axialen Position (gezeigt in 5) bewegt. Daher sinkt das Verhältnis des zweiten wirksamen Durchmessers D2 bezogen auf den ersten wirksamen Durchmesser D1 sukzessive, wenn sich der Reibradträger 62 mit den konischen Planetenreibrädern 60 kontinuierlich aus der ersten axialen Position (gezeigt in 3) hin zu der zweiten axialen Position (gezeigt in 5) bewegt, wobei das Übersetzungsverhältnis der CVT-Einheit 22 kontinuierlich sinkt, wenn sich der Reibradträger 62 mit den konischen Planetenreibrädern 60 kontinuierlich aus der ersten axialen Position (gezeigt in 3) hin zu der zweiten axialen Position (gezeigt in 5) bewegt. Mit anderen Worten bewegt sich in der veranschaulichten Ausführungsform der Reibradträger 62 beim Runterschalten in die erste Achsenrichtung X1, während sich der Reibradträger 62 beim Hochschalten in die zweite Achsenrichtung X2 bewegt.
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Bezogen auf die 3 bis 8 wird die Konfiguration des Planetenreibradträgers 62 ausführlich erörtert. Wie in den 6 bis 8 veranschaulicht, ist der Reibradträger 62 ein schalenförmiges Bauteil mit mehreren Öffnungen in einer Umfangsfläche. In der veranschaulichten Ausführungsform hat der Reibradträger 62 mehrere (in der veranschaulichten Ausführungsform sieben) Reibradbefestigungsabschnitte 62a und einen Mittenhals 62b. Der Reibradträger 62 lagert operativ an der Nabenwelle 26. Genauer gesagt, ist der Reibradträger 62 nicht-drehbar an der Nabenwelle 26 montiert, während der Reibradträger 62 entlang der Nabenwelle 26 verschiebbar ist. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Reibradträger 62 verschiebbar mittels einer Lagereinheit 68 an der Nabenwelle 26 montiert. Die Lagereinheit 68 ist für eine axiale Bewegung des Reibradträger 62 bezogen auf die Nabenwelle 26 zwischen der Nabenwelle 26 und dem Reibradträger 62 angeordnet. Ferner weist der Reibradträger 62 axiale Keilrillen an einer Innenfläche des Mittenhalses 62b auf. Die Keilrillen des Reibradträgers 62 greifen in die axialen Keilnuten an der Nabenwelle 26 ein. Bei dieser Konfiguration ist der Reibradträger 62 nicht-drehbar und verschiebbar an der Nabenwelle 26 montiert. In der veranschaulichten Ausführungsform, wie in den 3 bis 5 zu sehen, weist die Nabenbaueinheit 12 die Lagereinheit 68 mit mehreren Kugeln auf. Die Lagereinheit 68 kann nach Bedarf oder wie gewünscht auch eine andere Art von Lagereinheit sein.
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Wie in den 6 bis 8 veranschaulicht, sind die Reibradbefestigungsabschnitte 62a im gleichen Abstand in Umfangsrichtung um die Mittelachse des Reibradträger 62 angeordnet. Die konischen Planetenreibräder 60 lagern drehbar an den jeweiligen Reibradbefestigungsabschnitten 62a des Reibradträgers 62. In der veranschaulichten Ausführungsform lagert der Reibradträger 62 drehbar beide Enden der ersten und der zweiten Reibradachse 74 und 76 von jedem der konischen Planetenreibräder 60. Im Speziellen lagert der Reibradträger 62 die konischen Planetenreibräder 60 drehbar so, dass jede der Rotationsachsen R3 der konischen Planetenreibräder 60 bezogen auf die Mittelachse R1 geneigt ist. Insbesondere ist jede Rotationsachse R3 derart geneigt, dass sich die Abstände zwischen den Rotationsachsen R3 und der Mittelachse R1 entlang der ersten Achsenrichtung X1 der Mittelachse R1 verringern. Wie in den 3 bis 5 und 7 veranschaulicht, weist jeder der Reibradbefestigungsabschnitte 62a einen inneren und einen äußeren Lagerabschnitt 77a und 77b und eine Reibradaufnahmebohrung 77c auf. Der innere Lagerabschnitt 77a ist bezogen auf den äußeren Lagerabschnitt 77b bezogen auf die Mittelachse R1 radial innen angeordnet. In der veranschaulichten Ausführungsform weist der innere Lagerabschnitt 77a eine Durchgangsbohrung auf, die in der Rotationsachse R3 verläuft, während der äußere Lagerabschnitt 77b eine Nut mit einer halbrunden Innenfläche aufweist, die in der Rotationsachse R3 verläuft. Der innere und der äußere Lagerabschnitt 77a und 77b lagern die erste und die zweite Reibradachse 74 bzw. 76 drehbar so, dass das konische Planetenreibrad 60 bezogen auf den Reibradträger 62 um die Rotationsachse R3, die von der ersten und der zweiten Reibradachse 74 und 76 definiert wird, drehbar ist. In der veranschaulichten Ausführungsform sind Buchsen oder Reibradlager um die erste und die zweite Reibradachse 74 und 76 zwischen dem inneren und dem äußeren Lagerabschnitt 77a und 77b und der ersten und der zweiten Reibradachse 74 und 76 angeordnet, damit sich die konischen Planetenreibräder 60 reibungslos drehen können. Ferner sind ein innerer und ein äußerer Befestigungsring 78a und 78b mit Achsöffnungen an dem Reibradträger 62 befestigt, welche die erste und die zweite Reibradachse 74 und 76 bezogen auf den inneren und äußeren Lagerabschnitt 77a und 77b festhalten.
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In der veranschaulichten Ausführungsform sind die konischen Planetenreibräder 60 bezogen auf den Reibradträger 62 auch entlang der jeweiligen Rotationsachsen R3 axial verschiebbar. Genauer gesagt, sind die konischen Planetenreibräder 60 so konfiguriert, dass sie in Reaktion auf die axiale Bewegung des Reibradträgers 62 entlang der Mittelachse R1 entlang der jeweiligen Rotationsachsen R3 gleiten. Im Speziellen gleiten die konischen Planetenreibräder 60 entlang der Rotationsachsen R3 derart, dass sich die konischen Planetenreibräder 60 bezogen auf die Mittelachse R1 radial im Inneren bewegen, während sich der Reibradträger 62 aus der ersten axialen Position hin zu der zweiten axialen Position bewegt. Auf der anderen Seite gleiten die konischen Planetenreibräder 60 entlang der Rotationsachsen R3 derart, dass sich die konischen Planetenreibräder 60 bezogen auf die Mittelachse R1 radial äußerlich bewegen, während sich der Reibradträger 62 aus der zweiten axialen Position hin zu der ersten axialen Position bewegt. Die konischen Planetenreibräder 60 sind in Richtung der äußeren Lagerabschnitte 77b entlang der jeweiligen Rotationsachsen R3 vorgespannt. In der veranschaulichten Ausführungsform sind Druckfedern um die ersten Reibradachsen 74 zum Vorspannen der konischen Planetenreibräder 60 in Richtung der äußeren Lagerabschnitte 77b angeordnet. Alternativ kann die CVT-Einheit 22 ohne Druckfedern in der CVT-Einheit 22 konfiguriert werden.
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Wie in den 3 bis 5 gezeigt, lagert das Ringreibrad 58 operativ an der Nabenwelle 26. Genauer gesagt, ist das Ringreibrad 58 um die Nabenwelle 26 drehbar. Das Ringreibrad 58 ist in reibungsschlüssigem Eingriff mit den konischen Planetenreibrädern 60. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Ringreibrad 58 in der Regel ein Ringbauteil. Das Ringreibrad 58 ist in reibungsschlüssigem Eingriff mit dem zweiten Abschnitt zum reibungsschlüssigen Eingriff 72 der konischen Planetenreibräder 60. Genauer gesagt, ist die verjüngte Innenumfangsfläche 58a des Ringreibrades 58 in reibungsschlüssigem Eingriff mit den verjüngten Außenumfangsflächen 72a. Die verjüngte Innenumfangsfläche 58a ist so konfiguriert und angeordnet, dass sich der Innendurchmesser der verjüngten Innenumfangsfläche 58a entlang der ersten Achsenrichtung X1 der Nabenwelle 26 verringert. Die verjüngte Innenumfangsfläche 58a hat keine Zähne. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Ringreibrad 58 über den Freilaufmechanismus 46 mit dem Abtriebsring 48 verbunden. Der Freilaufmechanismus 46 ist eine herkömmliche Freilaufkupplung und überträgt die Drehkraft von dem Ringreibrad 58 auf den Abtriebsring 48 lediglich in die Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Abtriebsring 48 nicht-drehbar mit dem Nabengehäuse 30 verbunden. So wird die Drehkraft vom Ringreibrad 58 in der Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1 über den Freilaufmechanismus 46 und den Abtriebsring 48 auf das Nabengehäuse 30 übertragen.
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Wie in den 3 bis 5 veranschaulicht, weist die Nabenbaueinheit 12 einen Wechselmechanismus 80 auf. Der Wechselmechanismus 80 wandelt eine Drehbewegung um die Mittelachse R1 in eine axiale Bewegung entlang der Mittelachse R1 um, wodurch die axiale Position des Reibradträgers 62 verändert wird. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Wechselmechanismus 80 operativ mit dem Reibradträger 62 so verbunden, dass der Wechselmechanismus 80 die axiale Position des Reibradträgers 62 zwischen der ersten axialen Position (gezeigt in 3) und der zweiten axialen Position (gezeigt in 5) über die mittlere axiale Position (gezeigt in 4) entlang der Mittelachse R1 verändert. Im Speziellen ändert der Wechselmechanismus 80 kontinuierlich die axiale Position des Reibradträgers 62 zwischen der ersten und der zweiten axialen Position. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Wechselmechanismus 80 zwei Exzenterstifte 84 (von denen in 8 nur einer gezeigt ist) und ein Nockenbauteil oder Übertragungshülse 86. Die Exzenterstifte 84 erstrecken sich radial von dem Reibradträger 62. Genauer gesagt, wie in 8 zu sehen, sind die Exzenterstifte 84 fest mit den jeweiligen Befestigungsbohrungen in einer Außenumfangsfläche des Mittenhalses 62b des Reibradträgers 62 verbunden. Die Exzenterstifte 84 sind 180 Grad entfernt voneinander entlang der Außenumfangsfläche des Mittenhalses 62b des Reibradträgers 62 verbunden. Wie in den 9, 11 und 13 zu sehen, ist das Nockenbauteil 86 drehbar um die Mittelachse R1 angeordnet. Im Speziellen ist das Nockenbauteil 86 drehbar an der Außenumfangsfläche des Mittenhalses 62b des Reibradträgers 62 angeordnet, während das Nockenbauteil 86 bezogen auf die Nabenwelle 26 in der Achsenrichtung der Nabenwelle 26 fest ist. Das Nockenbauteil 86 ist bezogen auf den Reibradträger 62 so angeordnet, dass der Reibradträger 62 bezogen auf das Nockenbauteil 86 verschiebbar ist. Wie in den 9, 11 und 13 zu sehen, weist in der veranschaulichten Ausführungsform das Nockenbauteil 86 zwei spiralförmige Nockenöffnungen oder -schlitze 86a auf. Die Exzenterstifte 84 sind in den spiralförmigen Nockenöffnungen 86a so angeordnet, dass sich die Exzenterstifte 84 entlang der spiralförmigen Nockenöffnungen 86a bewegen, während sich das Nockenbauteil 86 um die Nabenwelle 26 dreht. Im Speziellen erstrecken sich die spiralförmigen Nockenöffnungen 86a spiralförmig entlang eines zylindrischen Abschnitts des Nockenbauteils 86. Genauer gesagt, verläuft die spiralförmige Nockenöffnung 86a von Umfangspositionen an dem zylindrischen Abschnitt des Nockenbauteils 86, die 180 Grad entfernt voneinander sind. Die spiralförmigen Nockenöffnungen 86a verlaufen sowohl in der Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1 als auch der ersten Achsenrichtung X1 entlang der Mittelachse R1. Die spiralförmigen Nockenöffnungen 86a verlaufen in der Vorwärtsdrehrichtung des zylindrischen Abschnitts des Nockenbauteils 86 um 120 Grad. Das Nockenbauteil 86 ist bezogen auf den Mittenhals 62b des Reibradträgers 62 drehbar und verschiebbar. So werden in Reaktion auf die Drehbewegung des Nockenbauteils 86 in der Rückwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1 die Exzenterstifte 84 durch die jeweiligen Innenflächen der spiralförmigen Nockenöffnungen 86a in die erste Achsenrichtung X1 gedrückt, wodurch der Reibradträger 62 in die erste Achsenrichtung X1 bewegt wird. Auf der anderen Seite werden die Exzenterstifte 84 in Reaktion auf die Drehbewegung des Nockenbauteils 86 in der Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1 durch die jeweiligen Innenflächen der spiralförmigen Nockenöffnungen 86a in die zweite Achsenrichtung X2 gedrückt, wodurch der Reibradträger 62 in die zweite Achsenrichtung X2 bewegt wird.
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Wie in den 8, 9, 11 und 13 zu sehen, umfasst in der veranschaulichten Ausführungsform der Wechselmechanismus 80 ferner ein Stellglied 88 und eine Hülse 90. Das Stellglied 88 ist drehbar um die Mittelachse R1 angeordnet. Im Speziellen ist das Stellglied 88 drehbar an der Nabenwelle 26 angeordnet. Das Stellglied 88 wird mit dem Seilzug 21 betätigt. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Stellglied 88 drehbar mit der Nabenwelle 26 verbunden. Das Stellglied 88 ist operativ mit dem Seilzug 21 verbunden, der mit dem Gangschalthebel auf herkömmliche Art und Weise verbunden ist. Da die Verbindung zwischen dem Stellglied 88 und dem Seilzug 21 eine herkömmliche ist, wird die Beschreibung aus Gründen der Kürze weggelassen. So wird in Reaktion auf die Betätigung des Gangschalthebels der Seilzug 21 angezogen oder gelöst, wodurch sich das Stellglied 88 um die Mittelachse R1 dreht (d. h. in die Vorwärts- und Rückwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1). Die Hülse 90 ist zwischen dem Stellglied 88 und dem Nockenbauteil 86 so angeordnet, dass die Hülse 90 eine Auslösekraft von dem Stellglied 88 auf das Nockenbauteil 86 überträgt. Genauer gesagt, erstreckt sich die Hülse 90 axial zwischen dem Stellglied 88 und dem Nockenbauteil 86. Ein axiales Ende der Hülse 90 ist nicht-drehbar mit dem Stellglied 88 verbunden, während das andere axiale Ende der Hülse 90 nicht drehbar mit dem Nockenbauteil 86 verbunden ist. Daher wird, wenn das Stellglied 88 durch die Betätigung des Gangschalthebels gedreht wird, dann das Nockenbauteil 86 mittels der Hülse 90 gedreht. Die Hülse 90 ist um die Nabenwelle 26 angeordnet. Die Hülse 90 weist weggeschnittene Abschnitte an einem Umfangsabschnitt der Hülse 90 auf. Die weggeschnittenen Abschnitte nehmen Befestigungsabschnitte eines Innenrings des Traglagers 38c und den Träger für das vorgeschaltete Planetengetriebe 56 bezogen auf die Nabenwelle 26 in sich auf. So wird verhindert, dass der Umfangsabschnitt der Hülse 90 mit den Befestigungsabschnitten des Innenrings des Traglagers 38c und dem Träger für das vorgeschaltete Planetengetriebe 56 in Kontakt kommt, während sich die Hülse 90 in einem vorbestimmten Rotationsbereich um die Mittelachse R1 dreht.
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Wie in den 9 - 14 veranschaulicht, verändert der Wechselmechanismus 80 die axiale Position des Reibradträgers 62 durch Drehen des Nockenbauteils 86 bezogen auf die Nabenwelle 26. In der veranschaulichten Ausführungsform ist das Nockenbauteil 86 in dem vorbestimmten Rotationsbereich zwischen einer ersten Drehposition (gezeigt in den 9 und 10) und einer zweiten Drehposition (gezeigt in den 13 und 14) über eine mittlere Drehposition (gezeigt in den 11 und 12) um die Mittelachse R1 drehbar. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die in den 9 und 10 gezeigte erste Drehposition 120 Grad entfernt von der in den 13 und 14 gezeigten zweiten Drehposition in der Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1. Ferner ist die in den 9 und 10 gezeigte erste Drehposition 60 Grad entfernt von der in den 11 und 12 gezeigten mittleren Drehposition in der Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1. Mit anderen Worten, das Nockenbauteil 86 wird in der Rückwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1 aus der ersten Drehposition hin zu der mittleren und der zweiten Drehposition gedreht, wie in den 9 - 14 veranschaulicht. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die erste Drehposition so konfiguriert, dass sie 120 Grad entfernt von der zweiten Drehposition in der Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1 und 60 Grad entfernt ist von der mittleren Drehposition in der Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1. Diese Werte oder Richtungen können jedoch nach Bedarf oder wie gewünscht andere Werte und Richtungen sein.
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Wenn sich in der veranschaulichten Ausführungsform das Nockenbauteil 86 in der in den 9 und 10 gezeigten ersten Drehposition befindet, befinden sich die Exzenterstifte 84 an jeweils ersten Umfangsenden der spiralförmigen Nockenöffnungen 86a in der Rückwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1. In diesem Fall befindet sich der Reibradträger 62 in der ersten axialen Position, wie in 3 gezeigt. Befindet sich das Nockenbauteil 86 in der in den 13 und 14 gezeigten zweiten Drehposition, befinden sich die Exzenterstifte 84 an jeweils zweiten Umfangsenden der spiralförmigen Nockenöffnungen 86a in der Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1. In diesem Fall befindet sich der Reibradträger 62 in der zweiten axialen Position, wie in 5 gezeigt. Wenn sich ferner das Nockenbauteil 86 in der in den 11 und 12 gezeigten mittleren Drehposition befindet, befinden sich die Exzenterstifte 84 in mittleren Umfangspositionen der spiralförmigen Nockenöffnungen 86a zwischen den ersten bzw. zweiten Umfangsenden. In diesem Fall befindet sich der Reibradträger 62 in der mittleren axialen Position, wie in 4 gezeigt.
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In der veranschaulichten Ausführungsform wandelt der Wechselmechanismus 80 die Drehbewegung des Stellglieds 88 in eine axiale Bewegung des Reibradträgers 62 um. Die Nabenbaueinheit 12 kann jedoch auch eine andere Art von Wechsel- oder Schaltmechanismus umfassen. Beispielsweise kann der Reibradträger 62 mit einer Schubstange und einem herkömmlichen Winkelhebel betätigt werden, der um die Nabenwelle 26 schwenkbar ist. In diesem Fall bewegt der Winkelhebel in Reaktion auf Schaltaktionen des Radfahrers die Schubstange entlang der Mittelachse R1, wodurch der Reibradträger 62 entlang der Mittelachse R1 gleitet.
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Nunmehr wird bezogen auf die 3 bis 5 und 9 bis 14 der Kraftübertragungsweg der Nabenbaueinheit 12 ausführlich erörtert. Zunächst empfängt das hintere Kettenrad 24 die Drehkraft vom vorderen Kettenrad 18 über die Kette 20. Die Drehkraft dreht das hintere Kettenrad 24 in Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1, welche auch das Antriebsteil 28 in der Vorwärtsdrehrichtung dreht. Das Antriebsteil 28 ist mit dem vorgeschalteten Hohlrad 54 der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32 über den Freilaufmechanismus 44 verbunden. Die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 ist so angeordnet, dass sie die Drehkraft vom Antriebsteil 28 in der Vorwärtsdrehrichtung empfängt. In der veranschaulichten Ausführungsform empfängt das vorgeschaltete Hohlrad 54 der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32 die Drehkraft von dem Antriebsteil 28 als einen Drehantrieb und überträgt die Drehkraft über die vorgeschalteten Planetenräder 52 auf das vorgeschaltete Sonnenrad 50. Die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 ist als ein Drehzahlwechselrad konfiguriert, welches die Drehrichtung des Drehantriebs umkehrt und die Geschwindigkeit erhöht. Mit anderen Worten, die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 erhöht die Antriebsdrehgeschwindigkeit des vorgeschalteten Ringreibrades 54, kehrt jedoch die Antriebsdrehrichtung (d. h. Vorwärtsdrehrichtung) des vorgeschalteten Ringreibrades 54 um. Im Ergebnis dreht sich das vorgeschaltete Sonnenrad 50 in die entgegengesetzte Drehrichtung um die Mittelachse R1, wodurch sich auch das Sonnenreibrad 64 der CVT-Einheit 22 in die entgegengesetzte Drehrichtung dreht.
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Die CVT-Einheit 22 empfängt die Drehkraft von dem Sonnenreibrad 64 als einen Drehantrieb und überträgt die Drehkraft über die konischen Planetenreibräder 60 auf das Ringreibrad 58. Im Speziellen empfängt die CVT-Einheit 22 die Drehkraft von dem Sonnenreibrad 64 in der entgegengesetzten Drehrichtung um die Mittelachse R1 und überträgt die Drehkraft so auf das Ringreibrad 58, dass sich das Ringreibrad 58 in der Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1 dreht. Mit anderen Worten, die CVT-Einheit 22 kehrt eine Antriebsdrehrichtung (d. h. entgegengesetzte Drehrichtung) des Sonnenreibrades 64 um. In der veranschaulichten Ausführungsform empfängt jeder der ersten Abschnitte für den reibungsschlüssigen Eingriff 70 der konischen Planetenreibräder 60 die Drehkraft von dem Sonnenreibrad 64 als einen Drehantrieb. Dann überträgt jeder der zweiten Abschnitte für den reibungsschlüssigen Eingriff 72 der konischen Planetenreibräder 60 die Drehkraft auf das Ringreibrad 58. Im Ergebnis dreht sich das Ringreibrad 58 in der Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1, wodurch sich auch das Nabengehäuse 30 über den Freilaufmechanismus 46 und den Abtriebsring 48 in der Vorwärtsdrehrichtung um die Mittelachse R1 dreht.
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In der veranschaulichten Ausführungsform dreht sich das Ringreibrad 58 bei einer Drehgeschwindigkeit gemäß der axialen Position des Reibradträgers 62 mit den konischen Planetenreibrädern 60 bezogen auf das Sonnenreibrad 64 und das Ringreibrad 58. Wie in den 3 bis 5 veranschaulicht, verändert in der veranschaulichten Ausführungsform der Wechselmechanismus 80 kontinuierlich die axiale Position des Reibradträger 62 zwischen der ersten axialen Position (gezeigt in 3) und der zweiten axialen Position (gezeigt in 5) über die mittlere axiale Position (gezeigt in 4) entlang der Mittelachse R1 der Nabenwelle 26.
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Wenn in der veranschaulichten Ausführungsform das Stellglied 88 so betätigt wird, dass sich das Nockenbauteil 86 in der in den 9 und 10 gezeigten ersten Drehposition dreht, befindet sich der Reibradträger 62 in der ersten axialen Position, wie in 3 gezeigt. Die erste axiale Position entspricht einer hohen Gangposition der CVT-Einheit 22, die das höchste Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit 12 herstellt. Genauer gesagt wird, wie in 3 veranschaulicht, wenn der Reibradträger 62 in der ersten axialen Position positioniert ist, der erste wirksame Durchmesser D1 der kleinste Durchmesser, während der zweite wirksame Durchmesser D2 der größte Durchmesser wird, was zum höchsten Übersetzungsverhältnis der CVT-Einheit 22 und der Nabenbaueinheit 12 führt. In der veranschaulichten Ausführungsform wird das höchste oder hohe Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit 12 auf 1,719 eingestellt. Natürlich kann das höchste Übersetzungsverhältnis nach Bedarf oder wie gewünscht auch auf einen anderen Wert eingestellt werden, indem die Konfigurationen der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32 und der CVT-Einheit 22 umgestaltet werden.
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Wenn ferner in der veranschaulichten Ausführungsform das Stellglied 88 so betätigt wird, dass sich das Nockenbauteil 86 in der in den 11 und 12 gezeigten mittleren Drehposition befindet, befindet sich der Reibradträger 62 in der mittleren axialen Position, wie in 4 gezeigt. Die mittlere axiale Position entspricht einer mittleren Gangposition der CVT-Einheit 22, die ein mittleres oder neutrales Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit 12 herstellt. Genauer gesagt wird, wie in 4 veranschaulicht, wenn der Reibradträger 62 in der mittleren axialen Position positioniert ist, der erste wirksame Durchmesser D1 ein mittlerer Durchmesser zwischen dem kleinsten Durchmesser und dem größten Durchmesser, während auch der zweite wirksame Durchmesser D2 ein mittlerer Durchmesser zwischen dem kleinsten Durchmesser und dem größten Durchmesser wird, was zum mittleren Übersetzungsverhältnis der CVT-Einheit 22 und der Nabenbaueinheit 12 führt. In der veranschaulichten Ausführungsform wird das mittlere oder neutrale Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit 12 auf 0,925 eingestellt. Natürlich kann dieses mittlere Übersetzungsverhältnis nach Bedarf oder wie gewünscht auch auf einen anderen Wert eingestellt werden, indem die Konfigurationen der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32 und der CVT-Einheit 22 umgestaltet werden.
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Wenn überdies in der veranschaulichten Ausführungsform das Stellglied 88 so betätigt wird, dass sich das Nockenbauteil 86 in der in den 13 und 14 gezeigten zweiten Drehposition befindet, befindet sich der Reibradträger 62 in der zweiten axialen Position, wie in 5 gezeigt. Die zweite axiale Position entspricht einer niedrigen Gangposition der CVT-Einheit 22, die das niedrigste Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit 12 herstellt. Genauer gesagt wird, wie in 5 veranschaulicht, wenn der Reibradträger 62 in der zweiten axialen Position positioniert ist, der erste wirksame Durchmesser D1 der größte Durchmesser, während der zweite wirksame Durchmesser D2 der kleinste Durchmesser wird, was zum niedrigsten Übersetzungsverhältnis der CVT-Einheit 22 und der Nabenbaueinheit 12 führt. In der veranschaulichten Ausführungsform wird das niedrigste Übersetzungsverhältnis der Nabenbaueinheit 12 auf 0,475 eingestellt. Natürlich kann das niedrigste Übersetzungsverhältnis nach Bedarf oder wie gewünscht auch auf einen anderen Wert eingestellt werden, indem die Konfigurationen der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32 und der CVT-Einheit 22 umgestaltet werden.
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In der veranschaulichten Ausführungsform ist die CVT-Einheit 22 in dem Nabengehäuse 30 angeordnet. Die CVT-Einheit 22 kann jedoch auch an anderen Stellen am Fahrrad 10 angeordnet werden. Genauer gesagt kann die CVT-Einheit 22 in ein zylindrisches Aufhängeteil des Rahmens 14 aufgenommen werden, an dem ein vorderes Kettenrad befestigt wird.
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In der veranschaulichten Ausführungsform ist die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 vor dem Kraftübertragungsweg bezogen auf die CVT-Einheit 22 angeordnet. Die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 kann jedoch auch an einer anderen Stelle in dem Kraftübertragungsweg angeordnet werden. Beispielsweise kann die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 bezogen auf die CVT-Einheit 22 dahinter angeordnet werden. Ferner kann die vorgeschaltete Planetengetriebeeinheit 32 an anderen Stellen des Fahrrads 10 angeordnet werden. Genauer gesagt, kann die vorgeschaltete Getriebeeinheit 32 auch in ein zylindrisches Aufhängeteil des Rahmens 14 aufgenommen werden, an dem ein vorderes Kettenrad befestigt ist.
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In der veranschaulichten Ausführungsform empfängt das vorgeschaltete Hohlrad 54 mit der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32 die Antriebsdrehung von dem Antriebsteil 28, während das vorgeschaltete Sonnenrad 50 die Abtriebsdrehung an die CVT-Einheit 22 abgibt. Alternativ kann das vorgeschaltete Sonnenrad 50 die Antriebsdrehung von dem Antriebsteil 28 empfangen, während das vorgeschaltete Hohlrad 54 die Abtriebsdrehung an die CVT-Einheit 22 abgeben kann. In diesem Fall kann das vorgeschaltete Sonnenrad 50 über den Freilaufmechanismus mit dem Antriebsteil 28 verbunden werden. Ferner kann das vorgeschaltete Hohlrad 54 mit dem Sonnenreibrad 64 der CVT-Einheit 22 gekoppelt werden.
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In der veranschaulichten Ausführungsform empfängt das Sonnenreibrad 64 mit der CVT-Einheit 22 die Antriebsdrehung von dem vorgeschalteten Sonnenrad 50 der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32, während das Ringreibrad 58 die Abtriebsdrehung an das Nabengehäuse 30 abgibt. Alternativ kann das Ringreibrad 58 die Antriebsdrehung von der vorgeschalteten Planetengetriebeeinheit 32 empfangen, während das Sonnenreibrad 64 die Abtriebsdrehung an das Nabengehäuse 30 abgibt. In diesem Fall kann das Ringreibrad 58 mit dem vorgeschalteten Sonnenrad 50 verbunden werden. Ferner kann das Sonnenreibrad 64 mit dem Nabengehäuse 30 verbunden werden. Wenn überdies das vorgeschaltete Hohlrad 54 die Abtriebsdrehung wie oben erwähnt abgibt, dann kann das Ringreibrad 58 mit dem vorgeschalteten Hohlrad 54 zum Empfangen der Antriebsdrehung von dem vorgeschalteten Hohlrad 54 verbunden werden.
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Im Verständnis des Umfangs der vorliegenden Erfindung sollen der Ausdruck „umfassend“ und dessen Ableitungen, wie hierin verwendet, offene Begriffe sein, die die Gegenwart der angegebenen Merkmale, Elemente, Komponenten, Gruppen, Ganzen Zahlen und/oder Schritte spezifizieren, die Gegenwart anderer nicht angegebener Merkmale, Elemente, Komponenten, Gruppen, ganzer Zahlen und/oder Schritte jedoch nicht ausschließen. Das Vorstehende gilt auch für Wörter mit ähnlichen Bedeutungen wie die Ausdrücke „umfassend“, „aufweisend“ und deren Ableitungen. Auch die Ausdrücke „Teil“, „Sektion“, „Abschnitt“, „Bauteil“ oder „Element“ können, wenn sie in der Einzahl verwendet werden, die doppelte Bedeutung von einem einzelnen Teil oder mehreren Teilen haben.
