DE102016225142A1

DE102016225142A1 - Getriebe für ein Fahrrad

Info

Publication number: DE102016225142A1
Application number: DE102016225142.2A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kaltenbach; Uwe Griesmeier; Valerie Engel; Matthias NITSCH
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-06-21
Anticipated expiration: 2036-12-16
Also published as: EP3554936A1; US11046391B2; CN110072768A; WO2018108490A1; DE102016225142B4; US20200086949A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Fahrrad, mit einer Eingangswelle (1), die mit einer Tretkurbelwelle (2) drehfest verbindbar ist, und einer Ausgangswelle (3), die mit einem Abtriebsrad drehfest verbindbar ist. Das Getriebe ist dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens drei, insbesondere genau drei, Planetengetriebe aufweist, die mit der Eingangswelle und der Ausgangswelle wirkverbunden sind, wobei ein einziges der Planetengetriebe einen Stufenplaneten (4) mit einem ersten Verzahnungsbereich (5) mit einem ersten Durchmesser und einem zweiten Verzahnungsbereich (6) mit einem zweiten Durchmesser aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Fahrrad, mit einer Eingangswelle, die mit einer Tretkurbelwelle drehfest verbindbar ist, und einer Ausgangswelle, die mit einem Abtriebsrad drehfest verbindbar ist.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Tretlager mit einem solchen Getriebe und ein Fahrrad mit dem Getriebe oder Tretlager.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Getrieben bekannt, die bei Fahrrädern zum Einsatz kommen und die mehrere Planetengetriebe aufweisen. Insbesondere ist es bekannt, die Getriebe in einem Tretlager des Fahrrads anzuordnen. Die Getriebe weisen den Vorteil auf, dass eine Vielzahl von Schaltgängen zur Verfügung gestellt werden können.
Nachteilig an dem bekannten Getriebe ist jedoch, dass der Bauaufwand und damit die Kosten des Getriebes hoch sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Getriebe anzugeben, das einen geringen Bauaufwand aufweist und gleichzeitig eine hohe Anzahl von Gängen zur Verfügung stellt.
Die Aufgabe wird durch ein Getriebe der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Getriebe wenigstens drei, insbesondere genau drei, Planetengetriebe aufweist, die mit der Eingangswelle und der Ausgangswelle wirkverbunden sind, wobei ein einziges der Planetengetriebe einen Stufenplaneten mit einem ersten Verzahnungsbereich mit einem ersten Durchmesser und einem zweiten Verzahnungsbereich mit einem zweiten Durchmesser aufweist.
Das erfindungsgemäße Getriebe weist den Vorteil auf, dass es eine hohe Anzahl von Gängen zur Verfügung stellt und durch das Vorsehen eines einzigen Planetengetriebes, das wenigstens einen Stufenplaneten aufweist, aufgebaut ist, wodurch der Bauaufwand und die Kosten des Getriebes gering sind. Bei der Ausführung des Getriebes, bei der das Getriebe genau drei Planetengetriebe aufweist, können durch das Getriebe wenigstens acht Gänge für einen Fahrbetrieb zur Verfügung gestellt werden.
Darüber hinaus bietet das Vorsehen des Stufenplanetens den Vorteil, dass eine hohe Standübersetzung des den Stufenplaneten aufweisenden Planetengetriebes erreicht werden kann, ohne dass die Bauteile des Planetengetriebes einen großen Durchmesser aufweisen. Ohne das Vorsehen des Stufenplaneten würde das Planetengetriebe einen großen Durchmesser aufweisen, weil das Sonnenrad die Tretkurbelwelle zumindest teilweise umschließt und somit einen Mindestdurchmesser aufweist. Da der Durchmesser des Hohlrads vom Durchmesser des Sonnenrads abhängt, führt ein großer Durchmesser des Sonnenrads zu einem hohen Durchmesser des Hohlrads. Im Ergebnis kann durch das Vorsehen des Stufenplanetens ein kompakter Aufbau des Getriebes realisiert werden, so dass sich der für das Getriebe benötigte Bauraum verringert.
Unter einer Welle wird nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehelementen verstanden. Vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelne Bauteile miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Bauteile drehfest miteinander verbinden.
Als Planetengetriebe wird eine Getriebeeinheit verstanden, die die Bauteile Hohlrad, Steg und Sonnenrad aufweist. Der Steg dient zum Tragen der Planeten des Planetengetriebes. Im Gegensatz zu Planeten, die lediglich einen einzigen Verzahnungsbereich aufweisen, weist ein Stufenplanet wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Verzahnungsbereiche auf. Die unterschiedlichen Verzahnungsbereiche haben unterschiedliche Durchmesser.
Das Abtriebsrad kann ein Kettenrad oder Riemenrad sein.
Bei einer besonderen Ausführung, kann der erste Verzahnungsbereich mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes in Eingriff sein. Der zweite Verzahnungsbereich, der einen kleineren Durchmesser als der erste Verzahnungsbereich aufweisen kann, kann mit einem Hohlrad des Planetengetriebes in Eingriff sein. Das Sonnenrad und Hohlrad sind Bauteile des Planetengetriebes, das den Stufenplaneten aufweist. Das Getriebe kann derart ausgebildet sein, dass der erste Verzahnungsbereich ausschließlich mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes und der zweite Verzahnungsbereich ausschließlich mit dem Hohlrad des Planetengetriebes in Eingriff ist. Durch einen derart ausgebildeten Stufenplaneten wird auf ganz besonders einfache Weise ein Planetengetriebe bereitgestellt, das eine hohe Standübersetzung aufweist. Der erste und zweite Verzahnungsbereich liegen vorzugsweise entlang einer Mittelachse des Planeten benachbart zueinander.
Die Standübersetzung entspricht bei Planetengetrieben, die keinen Stufenplaneten haben, dem negativen Zähnezahlverhältnis von Hohlrad und Sonne. Bei Planetengetrieben, die einen Stufenplaneten aufweisen wird das Zähnezahlverhältnis der beiden Verzahnungsbereiche untereinander bei der Standübersetzung berücksichtigt, insbesondere wird das Zähnezahlverhältnis mit dem negativen Zähnezahlverhältnis von Hohlrad und Sonne multipliziert.
Mit einem Planetengetriebe können wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Gänge realisiert werden. Ganz besonders vorteilhaft ist, wenn mit jedem der Planetengetriebe jeweils wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Gänge realisiert werden können. Dabei kann ein erster Gang ein Direktgang sein. Ein Direktgang liegt vor, wenn die Übersetzung des Getriebes den Wert 1 hat. Im zweiten Gang kann eine Übersetzung ins Schnelle erfolgen. Eine Übersetzung ins Schnelle erfolgt dann, wenn die Übersetzung des Planetengetriebes einen Wert kleiner 1 aufweist.
Bei einer ganz besonderen Ausführung kann ein Planetengetriebe ein Schaltelement aufweisen, mittels dem zwei Bauteile des Planetengetriebes drehfest miteinander verbunden werden können. Ganz besonders vorteilhaft ist, wenn jedes der Planetengetriebe jeweils ein solches Schaltelement aufweist. Durch das Schaltelement kann ein Verblocken des Planetengetriebes, also eine Sperrung der Drehzahlüberlagerung, realisiert werden. Dabei bestehen drei Verblockungsvarianten, die den gewünschten Sperreffekt bewirken können. So kann das Schaltelement das Sonnenrad und Hohlrad drehfest verbinden oder das Sonnenrad und den Steg drehfest verbinden oder das Hohlrad und den Steg drehfest verbinden.
Die Stützmomente am Schaltelement und die Differenzdrehzahlen sind in den oben genannten Verblockungsvarianten jeweils unterschiedlich. Ganz besonders vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der das Schaltelement zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad angeordnet ist, da dann die geringsten Stützmomente auftreten. Eine besonders einfach aufgebaute Ausführung lässt sich zudem realisieren, wenn das Schaltelement als Freilauf ausgeführt ist. Dabei ist der Freilauf eine nur in einer Drehrichtung wirkende Kupplung und kann derart ausgebildet sein, dass dieser erst nach einer Betätigung oder selbsttätig, also ohne äußere Betätigung, sperrt.
Ganz besonders vorteilhaft ist, wenn das Schaltelement bei dem Planetengetriebe, das den Stufenplaneten aufweist, derart angeordnet ist, dass eine Ebene existiert, in der der Verzahnungsbereich mit dem kleineren Durchmesser und das Schaltelement angeordnet ist. Eine derartige Anordnung des Schaltelements bietet den Vorteil, dass das Planetengetriebe in axialer Richtung kurz gebaut werden kann.
Das Schaltelement kann in radialer Richtung zur nicht zum Getriebe gehörenden Tretkurbelwelle näher angeordnet sein als der Verzahnungsbereich des Stufenplanetens. Dadurch lässt sich ein in radialer und axialer Richtung kompaktes Getriebe realisieren. Alternativ kann das Schaltelement derart angeordnet sein, dass es in radialer Richtung weiter entfernt von der Tretkurbelwelle angeordnet ist als der Verzahnungsbereich mit dem kleineren Durchmesser des Stufenplanetens. Dadurch lässt sich ein in axialer Richtung kompaktes Getriebe realisieren.
Bei einer besonderen Ausführung kann das Planetengetriebe ein anderes Schaltelement, insbesondere ein anderes schaltbares Schaltelement, aufweisen, mittels dem ein Bauteil des jeweiligen Planetengetriebes mit einem Tretlagergehäuse drehfest verbunden werden kann. Insbesondere kann jedes der Planetengetriebe ein anderes Schaltelement aufweisen. Bei dem Bauteil kann es sich um das Sonnenrad oder das Hohlrad des jeweiligen Planetengetriebes handeln.
Ganz besonders vorteilhaft ist, wenn das andere Schaltelement als eine Bremse ausgeführt ist. Die Bremse kann formschlüssig oder reibschlüssig ausgeführt sein, wobei ein Vorteil bei einer reibschlüssigen Ausführung darin besteht, dass aufgrund des Reibschlusses die Bremsen auch bei Gruppenschaltungen, insbesondere bei Schaltungen mehrere Planetengetriebe gleichzeitig, wie beispielsweise bei einem Wechsel von einem fünften in den vierten Gang, ohne Probleme in Eingriff zu bringen sind und die Bremsen einen geringen Durchmesser aufweisen, so dass ein geringerer Bauraum in radialer Richtung für die Bremsen benötigt wird. Darüber hinaus kann die Bremse als eine schaltbare Freilaufbremse ausgeführt sein, bei der nur in einer Drehrichtung gebremst werden kann.
Im Ergebnis wird ein Getriebe bereitgestellt, bei dem ein erstes Planetengetriebe ein erstes Schaltelement und ein erstes anderes Schaltelement, ein zweites Planetengetriebe ein zweites Schaltelement und ein zweites anderes Schaltelement und ein drittes Planetengetriebe ein drittes Schaltelement und ein drittes anderes Schaltelement aufweist. Mittels eines derart ausgebildeten Getriebes lassen sich auf einfache Weise acht Gänge realisieren. Insbesondere lassen sich die acht Gänge in dem erfindungsgemäßen Getriebe mit maximal vier Planetenradebenen und maximal drei Bremsen realisieren.
Bei dem ersten Planetengetriebe können der Antrieb über einen Steg und der Abtrieb über ein Hohlrad des ersten Planetengetriebes erfolgen. Der Steg des ersten Planetengetriebes kann den oder die Stufenplaneten tragen. Ein Sonnenrad des ersten Planetenträgers kann mittels des ersten anderen Schaltelements mit dem Tretlagergehäuse drehfest verbindbar sein. Darüber hinaus kann das Sonnenrad mittels des ersten Schaltelements mit dem Steg drehfest verbindbar sein.
Bei dem zweiten Planetengetriebe können der Antrieb über einen Steg und der Abtrieb über ein Hohlrad des zweiten Planetengetriebes erfolgen. Ein Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes kann mittels des zweiten anderen Schaltelements mit dem Tretlagergehäuse drehfest verbindbar sein. Darüber hinaus kann das Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes mittels des zweiten Schaltelements mit dem Hohlrad drehfest verbindbar sein.
Bei dem dritten Planetengetriebe können der Antrieb über einen Steg und der Abtrieb über ein Sonnenrad des dritten Planetengetriebes erfolgen. Ein Hohlrad des dritten Planetengetriebes kann mittels des dritten anderen Schaltelements mit dem Tretlagergehäuse drehfest verbindbar sein. Darüber hinaus kann das Hohlrad mittels des dritten Schaltelements mit dem Sonnenrad drehfest verbindbar sein.
Die Anordnung und Verschaltung der drei Planetengetriebe zwischen der Tretkurbelwelle und dem Abtriebsrad kann auf verschiedenste Weise erfolgen. So ist in Richtung des Kraftflusses ausgehend von der Tretkurbelwelle zum Abtriebsrad gesehen folgende Anordnung der drei Planetengetriebe möglich:

a) erstes, zweites, drittes Planetengetriebe oder
b) erstes, drittes, zweites Planetengetriebe oder
c) zweites, erstes, drittes Planetengetriebe oder
d) drittes, erstes, zweites Planetengetriebe oder
e) zweites, drittes, erstes Planetengetriebe oder
f) drittes, zweites, erstes Planetengetriebe.

Bei allen sechs Anordnungsvarianten ergibt sich die gleiche Übersetzungsreihe, das heißt die Funktion des Getriebes ist bei allen Varianten gleich. Die einzelnen Varianten unterscheiden sich in den auftretenden Drehzahl- und Drehmomentverhältnissen an den einzelnen Planetengetrieben. Da jedoch alle Planetengetriebe als ersten Gang den Direktgang aufweisen, ist die Drehmomentbelastung bei allen Varianten ähnlich. Unterschiede ergeben sich bei den Drehzahlen, da die im Kraftfluss weiter hinten gelegenen Planetengetrieben in einigen Gängen mit bereits höherer Eingangsdrehzahl betrieben werden. Im Ergebnis kann in dem erfindungsgemäßen Getriebe die Anordnung der Planetengetriebe flexibel auf die vorliegenden Gegebenheiten angepasst werden.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Planetengetriebe derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie die gleiche Standübersetzung aufweisen. So können das zweite und dritte Planetengetriebe die gleiche Standübersetzung aufweisen. Das Vorsehen von wenigstens zwei Planetengetrieben mit gleicher Standübersetzung bietet den Vorteil, dass mehrere gleich ausgebildete Teile verwendet werden können, wodurch sich die Kosten des Getriebes reduzieren. Die Standübersetzung des zweiten und dritten Planetengetriebes kann kleiner sein als die Übersetzung des ersten Getriebes. Dies bietet den Vorteil, dass die Durchmesser des zweiten und dritten Planetengetriebes klein sind.
Im Ergebnis kann das Getriebe als Gruppengetriebe mit drei Planetengetrieben mit je zwei Gängen ausgeführt sein. Dabei kann das mit der Eingangswelle unmittelbar wirkverbundene und/oder in Richtung des Kraftflusses ausgehend von der Tretkurbelwelle zum Abtriebsrad gesehene vordere Planetengetriebe einen einfachen Gangsprung bereitstellen und als Splitgruppe dienen. Das in dem Kraftfluss zwischen der Tretlagerkurbelwelle und dem Abtriebsrad gesehene mittlere Planetengetriebe kann einen doppelten Gangsprung bereitstellen und als Hauptgruppe dienen. Das mit der Ausgangswelle unmittelbar wirkverbundene und/oder in Richtung des Kraftflusses ausgehend von der Tretkurbelwelle zum Abtriebsrad gesehene letzte Planetengetriebe kann einen vierfachen Gangsprung bereitstellen und als Bereichsgruppe dienen. Zudem kann jedes der Planetengetriebe ein Schaltelement in Form eines Freilaufs und ein anderes Schaltelement in Form einer Bremse aufweisen.
Bei einer besonderen Ausführung kann das Getriebe eine elektrische Maschine aufweisen, die mit einem der Planetengetriebe wirkverbunden ist. Die elektrische Maschine besteht zumindest aus einem Stator und einem drehbar gelagerten Rotor und ist in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln. Der Rotor der elektrischen Maschine kann über eine drehfeste Verbindung oder über ein Übersetzungsgetriebe mit einer Rotorwelle drehfest verbunden sein.
Die Anbindung der elektrischen Maschine mit dem Planetengetriebe kann über einen Riementrieb, wie beispielsweise einen Zahnriemen oder eine Stirnradverzahnung erfolgen. Die Stirnradverzahnung bietet den Vorteil, dass in axialer Richtung des Getriebes Bauraum gespart werden kann.
Die elektrische Maschine kann mit einem Zahnrad des Getriebes wirkverbunden sein, das mit einem Hohlrad eines der Planetengetriebe wirkverbunden sein kann. Das Zahnrad kann mit dem Hohlrad des Planetengetriebes in Eingriff sein. Alternativ ist möglich, dass ein Zwischenrad vorhanden ist, das in Eingriff mit dem Zahnrad und dem Hohlrad des Planetengetriebes ist
Dabei kann das Zahnrad mit der Rotorwelle der elektrischen Maschine drehfest verbunden sein. Die elektrische Maschine und/oder das Zahnrad können in radialer Richtung von der Tretkurbelwelle weiter entfernt angeordnet sein, als das Hohlrad des Planetengetriebes. Insbesondere können das Zahnrad und das Hohlrad des Planetengetriebes in derselben anderen Ebene angeordnet sein. Im Ergebnis erlässt sich durch die elektrische Maschine auf ganz besonders einfache Weise eine elektromotorische Unterstützung des Fahrbetriebs realisieren, wobei eine in axialer Richtung des Getriebes kompakte Bauweise realisiert werden kann.
Dabei kann die elektrische Maschine mit dem in Kraftflussrichtung zwischen der Tretkurbelwelle und dem Abtriebsrad gesehen letzten Planetengetriebe, insbesondere über das Zahnrad, wirkverbunden sein. Da der Abtrieb im Getriebe über das Hohlrad bei dem ersten und zweiten Planetengetriebe erfolgt, kann das Zahnrad mit dem Hohlrad des ersten oder zweiten Planetengetriebes in Eingriff sein, da bei diesen beiden Planetengetrieben der Abtrieb über das Hohlrad erfolgt. Somit sind bei Verwendung der elektrischen Maschine folgende Anordnungsvarianten der Planetengetriebe möglich:

a) erster, dritter, zweiter Planetenradsatz,
b) dritter, erster, zweiter Planetenradsatz,
c) zweiter, dritter, erster Planetenradsatz,
d) dritter, zweiter, erster Planetenradsatz.

Darüber hinaus kann ein Freilauf, insbesondere im Kraftfluss, zwischen der elektrischen Maschine und dem mit der elektrischen Maschine wirkverbundenen Planetengetriebe angeordnet sein. Durch das Vorsehen des Freilaufs werden keine Verluste durch die mitdrehende elektrische Maschine für den Fall verursacht, dass die elektrische Maschine nicht betrieben wird.
Bei einer besonderen Ausführung des Getriebes weist das Getriebe einen Drehmomentsensor auf. Der Drehmomentsensor kann mit der Eingangswelle wirkverbunden sein. Der Drehmomentsensor kann scheibenförmig ausgebildet sein oder kann eine Hülse aufweisen, die den Stufenplaneten umschließt. Bei der letzteren Variante wird das Drehmoment über die Torsion der Hülse gemessen, was möglich ist, weil die Hülse immer im Kraftfluss liegt. Dabei ist die Hülse für die nötige Elektronik gut zugänglich, so dass eine Drehmomentmessung einfach durchführbar ist.
Von besonderem Vorteil ist ein Tretlager, das die Tretkurbelwelle und das Tretlagergehäuse aufweist, wobei das Getriebe in einem Hohlraum des Tretlagergehäuses angeordnet ist. Zudem ist die Eingangswelle mit der Tretkurbelwelle drehfest verbunden. Darüber hinaus ist ein Fahrrad mit dem Tretlager oder dem erfindungsgemäßen Getriebe von besonderem Vorteil.
In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleichwirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Getriebes,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Getriebes,
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Getriebes,
4 eine Tabelle mit den Standübersetzungen der drei Planetengetriebe,
5 eine Schaltmatrix für die in den 1-3 dargestellten Getriebe.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes für ein Fahrrad. Das Getriebe ist rotationssymetrisch zur Achse einer Tretkurbelwelle 2, wobei in 1 nur die obere Hälfte des Getriebes dargestellt ist. Darüber hinaus ist ein Tretlagergehäuse 7 gestrichelt dargestellt. Das Getriebe weist eine Eingangswelle 1, die mit der nicht zum Getriebe gehörenden Tretkurbelwelle 2 drehfest verbunden ist, und eine Ausgangswelle 3 auf, die mit einem in den Figuren nicht gezeigten und nicht zum Getriebe gehörenden Abtriebsrad drehfest verbunden ist. Die Tretkurbelwelle 2 weist an ihren Ende jeweils ein Pedal 12 auf.
Darüber hinaus weist das Getriebe drei miteinander wirkverbundene Planetengetriebe auf, nämlich ein erstes Planetengetriebe PG1, ein zweites Planetengetriebe PG2 und ein drittes Planetengetriebe PG3. Die Planetengetriebe sind mit der Eingangswelle 1 und der Ausgangswelle 3 jeweils unmittelbar oder mittelbar wirkverbunden. Dabei weist ein einziges der drei Planetengetriebe, nämlich nur das erste Planetengetriebe PG1, einen Stufenplaneten 4 auf. Der Stufenplanet 4 weist einen ersten Verzahnungsbereich 5 mit einem ersten Durchmesser und einem zweiten Verzahnungsbereich 6 mit einem zweiten Durchmesser auf, wobei der zweite Durchmesser kleiner ist als der erste Durchmesser.
Der erste Verzahnungsbereich 5 ist in Eingriff mit einem Sonnenrad des ersten Planetengetriebes PG1. Der zweite Verzahnungsbereich 6 ist in Eingriff mit einem Hohlrad des ersten Planetengetriebes PG1. Dabei erfolgt in dem ersten Planetengetriebe der Antrieb über den Steg und der Abtrieb erfolgt im ersten Planetengetriebe PG1 über das Hohlrad. Dabei trägt der Steg des ersten Planetengetriebes PG1 den Sufenplaneten 4. Darüber hinaus weist das erste Planetengetriebe PG1 ein erstes Schaltelement in Form eines ersten Freilaufs F1 auf, mittels dem das Sonnenrad mit dem Steg drehfest verbindbar ist. Das Sonnenrad ist mittels eines ersten anderen Schaltelements in Form einer ersten Bremse B1 mit dem Tretlagergehäuse 7 drehfest verbindbar.
Das Hohlrad des ersten Planetengetriebes PG1 ist mittels einer ersten Welle 13 mit dem Steg des zweiten Planetengetriebes PG2 drehfest verbunden. Dementsprechend erfolgt der Antrieb des zweiten Planetengetriebes PG2 über den Steg. Ein Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes PG2 ist mittels eines zweiten anderen Schaltelements in Form einer zweiten Bremse B2 mit dem Tretlagergehäuse 7 drehfest verbindbar. Darüber hinaus weist das zweite Planetengetriebe PG2 ein zweites anderes Schaltelement in Form eines zweiten Freilaufs F2 auf, mittels dem das Sonnenrad mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes PG2 drehfest verbindbar ist. Der Abtrieb des zweiten Planetengetriebes PG2 erfolgt über das Hohlrad. Insbesondere ist das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes PG2 mittels einer zweiten Welle 14 mit einem Steg des dritten Planetengetriebes PG3 drehfest verbunden.
Ein Hohlrad des dritten Planetenradgetriebes PG3 ist mittels eines dritten anderen Schaltelements in Form einer dritten Bremse B3 mit dem Tretlagergehäuse 7 drehfest verbindbar. Ein Sonnenrad des dritten Planetengetriebes PG3 ist mit der Ausgangswelle 3 drehfest verbunden. Zudem ist das Sonnenrad mittels eines dritten Schaltelements in Form eines dritten Freilaufs F3 mit dem Hohlrad des dritten Planetengetriebes PG 3 drehfest verbindbar.
Die drei Planetengetriebe sind in folgender Reihenfolge in Kraftflussrichtung zwischen der Tretkurbelwelle 2 und dem Abtriebsrad gesehen angeordnet: erstes Planetengetriebe PG1, zweites Planetengetriebe PG2 und drittes Planetengetriebe PG3. Die drei Planetengetriebe sind koaxial zueinander angeordnet. Zudem sind die drei Planetengetriebe koaxial zur Tretkurbelwelle 2 angeordnet.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel in der Anordnung der drei Planetengetriebe PG1, PG2, PG3. So sind die drei Planetengetriebe in Kraftflussrichtung ausgehend von der Tretkurbelwelle 2 zum Abtriebsrad gesehen in folgender Reihenfolge angeordnet: erstes Planetengetriebe PG1, drittes Planetengetriebe PG3, zweites Planetengetriebe PG2.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass in dem Getriebe eine elektrische Maschine 8 vorhanden ist, die in Wirkverbindung mit dem zweiten Planetengetriebe PG2 steht. So ist eine Rotorwelle 15 der elektrischen Maschine mit einem Zahnrad 9 des Getriebes drehfest verbunden, wobei das Zahnrad 9 mit einem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes in Wirkverbindung ist, wie durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Dabei kann das Zahnrad 9 in Eingriff mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes PG2 sein oder kann mit einem anderen, nicht dargestellten Zwischenrad in Eingriff sein, das mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetriebes PG2 in Eingriff ist.
Darüber hinaus besteht ein Unterschied darin, dass in dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel scheibenförmiger Drehmomentsensor 10 vorhanden ist. Der scheibenförmige Drehmomentsensor 10 ist mit der Eingangswelle 1 wirkverbunden und dient zur Messung des an der Eingangswelle 1 anliegenden Drehmoments.
Das Getriebe mit den Getriebebestandteilen, wie beispielsweise Planetengetriebe, elektrische Maschine, Drehmomentsensoren, etc., sind innerhalb eines Hohlraums des Tretlagergehäuses 7 angeordnet. Dabei kann das Getriebe modulartig ausgeführt sein, so dass es als Ganzes in das Tretlagergehäuse eingeführt wird.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Getriebes. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel in der Ausbildung des ersten Planetengetriebes PG1. So ist der in 3 dargestellte Stufenplanet 4 im Vergleich zu der in 1 dargestellte Stufenplanet gespiegelt. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass mittels des ersten Freilaufs F1 eine drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad des ersten Planetengetriebes PG1 realisierbar ist.
Auch besteht ein Unterschied in der Ausbildung des Drehmomentsensors 10. Dieser ist in der in 3 dargestellten Ausführung als Hülse 11 ausgeführt, der mit der Eingangswelle 1 und dem Steg des ersten Planetengetriebes PG1 wirkverbunden ist.
4 zeigt die Werte für die Standübersetzung für die drei Planetengetriebe PG1, PG2, PG3. Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, weisen das zweite Planetengetriebe PG2 und das dritte Planetengetriebe PG3 die gleiche Standübersetzung auf. Die Standübersetzung des ersten Planetengetriebes PG1 ist höher als die Standübersetzung des zweiten und dritten Planetengetriebes PG2, PG3.
5 zeigt die Schaltmatrix für die in den 1-3 dargestellten Getriebe. Darüber hinaus enthält die Schaltmatrix einige beispielhaften Werte für die Getriebeübersetzungen „i“ sowie die zugehörigen Gangsprünge „phi“. Ein „X“ bei einem Freilauf bedeutet, dass dieser sperrt. Dies kann selbsttätig, also ohne äußere Betätigung, oder infolge einer äußeren Betätigung beispielsweise durch ein Betätigungselement, erfolgen. Ein „X“ bei einer Bremse bedeutet, dass die jeweilige Bremse geschlossen ist. Ein Schließen der Bremse kann durch eine geeignete Aktuatorik realisiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Eingangswelle
2: Tretkurbelwelle
3: Ausgangswelle
4: Stufenplanet
5: erster Verzahnungsbereich
6: zweiter Verzahnungsbereich
7: Tretlagergehäuse
8: elektrische Maschine
9: Zahnrad
10: Drehmomentsensor
11: Hülse
12: Pedal
13: erste Welle
14: zweite Welle
15: Rotorwelle

B1: erste Bremse
B2: zweite Bremse
B3: dritte Bremse
F1: erster Freilauf
F2: zweiter Freilauf
F3: dritter Freilauf
PG1: erstes Planetengetriebe
PG2: zweites Planetengetriebe
PG3: drittes Planetengetriebe

Claims

Getriebe für ein Fahrrad, mit einer Eingangswelle (1), die mit einer Tretkurbelwelle (2) drehfest verbindbar ist, und einer Ausgangswelle (3), die mit einem Abtriebsrad drehfest verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe wenigstens drei, insbesondere genau drei, Planetengetriebe aufweist, die mit der Eingangswelle und der Ausgangswelle wirkverbunden sind, wobei ein einziges der Planetengetriebe einen Stufenplaneten (4) mit einem ersten Verzahnungsbereich (5) mit einem ersten Durchmesser und einem zweiten Verzahnungsbereich (6) mit einem zweiten Durchmesser aufweist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. der erste Verzahnungsbereich (5) mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes in Eingriff ist und/oder dass b. der zweite Verzahnungsbereich (6) mit einem Hohlrad des Planetengetriebes in Eingriff ist.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Planetengetriebe, insbesondere mit jedem der Planetengetriebe jeweils, wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Gänge realisierbar sind.
Getriebe nach Anspruch 3, dass bei einem Planetengetriebe, insbesondere bei jedem Planetengetriebe jeweils, ein erster Gang ein Direktgang ist und in einem zweiten Gang eine Übersetzung ins Schnelle erfolgt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetengetriebe, insbesondere jedes der Planetengetriebe jeweils, ein Schaltelement aufweist, mittels dem zwei Bauteile des Planetengetriebes drehfest miteinander verbindbar sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Planetengetriebe, insbesondere jedes der Planetengetriebe jeweils, ein anderes Schaltelement aufweist, mittels dem ein Bauteil des Planetengetriebes mit einem Tretlagergehäuse (7) drehfest verbindbar ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem ersten Planetengetriebe (PG1) der Antrieb über einen Steg und der Abtrieb über ein Hohlrad des ersten Planetengetriebes erfolgt, und dass bei einem zweiten Planetengetriebe (PG2) der Antrieb über einen Steg und der Abtrieb über ein Hohlrad des zweiten Planetengetriebes (PG2) erfolgt und dass bei einem dritten Planetengetriebe (PG3) der Antrieb über einen Steg und der Abtrieb über ein Sonnenrad des dritten Planetengetriebes (PG3) erfolgt.
Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad des ersten Planetengetriebes (PG1) mittels eines ersten Schaltelements mit dem Steg des ersten Planetengetriebes (PG1) drehfest verbindbar ist und das Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes (PG1) mittels eines ersten anderen Schaltelements mit einem Tretlagergehäuse (7) drehfest verbindbar ist und dass ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (PG2) mittels eines zweiten Schaltelements mit dem Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes (PG2) und das Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes (PG2) mittels eines zweiten anderen Schaltelements mit dem Tretlagergehäuse (7) drehfest verbindbar ist und dass ein Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (PG3) mittels eines dritten Schaltelements mit dem Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes (PG3) drehfest verbindbar ist und das Hohlrad des dritten Planetenradsatzes (PG3) mittels eines dritten anderen Schaltelements mit dem Tretlagergehäuse (7) drehfest verbindbar ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei, insbesondere genau zwei, Planetengetriebe derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie eine gleiche Standübersetzung aufweisen.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet, durch eine elektrische Maschine (8), die mit einem Planetengetriebe wirkverbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass a. die elektrische Maschine (8) mit einem Zahnrad (9) des Getriebes wirkverbunden ist, das mit einem Hohlrad eines der Planetengetriebe wirkverbunden ist und/oder dass b. die elektrische Maschine (8) mit dem in Kraftflussrichtung zwischen der Tretkurbelwelle (2) und dem Abtriebsrad gesehen letzten Planetengetriebe wirkverbunden ist und/oder dass c. ein Freilauf zwischen der elektrischen Maschine (8) und dem mit der elektrischen Maschine (8) wirkverbundenen Planetengetriebe angeordnet ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen Drehmomentsensor (10), insbesondere einen Drehmomentsensor (10), der mit der Eingangswelle (1) drehfest verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Drehmomentsensor (10) eine Hülse (11) aufweist ist, die den Stufenplaneten (4) umschließt oder dass b. der Drehmomentsensor (10) scheibenförmig ausgebildet ist.
Tretlager für ein Fahrrad mit der Tretkurbelwelle (2) und einem Tretlagergehäuse (7), dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe in einem Hohlraum des Tretlagergehäuses (7) angeordnet ist und die Eingangswelle (1) mit der Tretkurbelwelle (2) drehfest verbunden ist.
Fahrrad mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder mit dem Tretlager nach Anspruch 14.