DE102019123288A1 - Gear shift for an electromotive auxiliary bicycle drive - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Gangschaltung für einen elektromotorischen Fahrrad-Zusatzantrieb (12), bei dem Drehmomentbeiträge einer Kurbelwelle (14) und einer Antriebswelle (35) einander überlagert ein Zugmittelrad (28) antreiben, mit mehreren Gangstufen, aufweisend: eine von den beiden Drehmomentbeiträgen beaufschlagte Zentralwelle (40), die mit einem Ritzel (43) pro Gangstufe ausgestattet ist, wobei für mindestens zwei Gangstufen das jeweilige Ritzel (43) jeweils mit einem mittels einer Schaltgabel (49) axial auf der Zentralwelle (40) verschiebbaren Kopplungsrad (48) in Kupplungseingriff bringbar ist. Zumindest zwei oder mehrere der Gangstufen sind mit jeweils einer motorisierten Kupplungsbaugruppe (52) ausgestattet.The invention relates to a gear shift for an electromotive auxiliary bicycle drive (12), in which torque contributions from a crankshaft (14) and a drive shaft (35) drive a traction mechanism wheel (28) superimposed on one another, with several gear stages, comprising: one of the two torque contributions Central shaft (40), which is equipped with a pinion (43) per gear stage, the respective pinion (43) each with a coupling wheel (48) axially displaceable on the central shaft (40) by means of a shift fork (49) for at least two gear stages in Clutch engagement can be brought. At least two or more of the gear steps are each equipped with a motorized clutch assembly (52).
Description
Die Erfindung betrifft eine Gangschaltung für einen elektromotorischen F ahrrad-Zusatzantrieb.The invention relates to a gear shift for an electric motor-driven bicycle auxiliary drive.
Nachteilig an der oben beschriebenen Lösung ist, dass durch die Führung sämtlicher Schaltgabeln in einer gemeinsamen Schaltwelle alle schaltbaren Gänge gleichzeitig angesteuert werden. Eine getrennte Ansteuerung der einzelnen Gänge ist nicht möglich. Durch den begrenzten Winkelbereich der Schaltwelle ist die Anzahl der Gänge begrenzt. Zum Schalten der Gänge ist eine definierte Axialbewegung der Klauenräder notwendig, welche eine große Steigung innerhalb der Kulisse der Schaltwelle zur Folge hat. Daher ist beim Schalten unter hohen Lasten ein hohes Drehmoment an der Schaltwelle notwendig. Daraus resultieren sehr hohe Oberflächenanforderungen an die Kulisse der Schaltwelle. Des Weiteren nehmen das Lagerkonzept der Schaltgabeln und die Schaltwelle großen Bauraum ein.The disadvantage of the solution described above is that all shiftable gears are controlled simultaneously by guiding all shift forks in a common shift shaft. Separate control of the individual aisles is not possible. Due to the limited angular range of the selector shaft, the number of gears is limited. To shift the gears, a defined axial movement of the claw wheels is necessary, which results in a large gradient within the link of the selector shaft. Therefore, when shifting under high loads, a high torque is required on the shift shaft. This results in very high surface requirements for the setting of the selector shaft. Furthermore, the bearing concept of the selector forks and the selector shaft take up a large amount of space.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kleinbauende und konstruktiv einfach aufgebaute Gangschaltung für einen elektromotorischen Fahrrad-Zusatzantrieb anzubieten, in der eine getrennte Ansteuerung der einzelnen Gangstufen möglich ist.The invention is based on the object of providing a small-sized and structurally simple gear shift for an electromotive auxiliary bicycle drive, in which a separate control of the individual gear steps is possible.
Diese Aufgabe wird durch eine Gangschaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by a gear shift with the features of claim 1. Advantageous embodiments are described in the subclaims.
Die erfindungsgemäße Gangschaltung für einen elektromotorischen Fahrrad-Zusatzantrieb, bei dem Drehmomentbeiträge einer Kurbelwelle und einer Antriebswelle einander überlagert ein Zugmittelrad antreiben, mit mehreren Gangstufen weist eine von den beiden Drehmomentbeiträgen beaufschlagte Zentralwelle auf, die mit einem Ritzel pro Gangstufe ausgestattet ist, wobei für mindestens zwei Gangstufen das jeweilige Ritzel jeweils mit einem mittels einer Schaltgabel axial auf der Zentralwelle verschiebbaren Kopplungsrad in Kupplungseingriff bringbar ist. Zumindest zwei oder mehrere der Gangstufen sind mit jeweils einer motorisierten Kupplungsbaugruppe ausgestattet.The gear shift according to the invention for an electromotive auxiliary bicycle drive, in which the torque contributions of a crankshaft and a drive shaft drive a traction gear wheel superimposed on each other, with several gear stages has a central shaft acted upon by the two torque contributions, which is equipped with a pinion per gear stage, for at least two Gear stages the respective pinion can be brought into clutch engagement with a coupling wheel axially displaceable on the central shaft by means of a shift fork. At least two or more of the gear steps are each equipped with a motorized clutch assembly.
Auf diese Weise ist eine getrennte Ansteuerung der einzelnen Gangstufen möglich. Je nach Bedarf kann die jeweilige motorisierte Kupplungsbaugruppe unabhängig von der oder den anderen Kupplungsbaugruppen betätigt werden. Außerdem entfällt die bisher nötige gemeinsame Schaltwelle, was zu einer vereinfachten und kleinbauenden Konstruktion führt.In this way, separate control of the individual gear steps is possible. Depending on requirements, the respective motorized clutch assembly can be actuated independently of the other clutch assembly or assemblies. In addition, the previously required common selector shaft is no longer required, which leads to a simplified and compact design.
Unter einer motorisierten Kupplungsbaugruppe wird hierbei eine Baugruppe verstanden, die mit Hilfe eines Motors die jeweilige Schaltgabel betätigen kann, sodass diese Schaltgabel dann das Kopplungsrad in Kupplungseingriff bzw. Kupplungsausgriff bringen kann. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung eines Servomotors herausgestellt. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Motortypen einsetzbar.A motorized clutch assembly is understood here to mean an assembly that can operate the respective shift fork with the aid of a motor, so that this shift fork can then bring the coupling wheel into clutch engagement or clutch disengagement. The use of a servo motor has proven to be particularly advantageous. In principle, however, other motor types can also be used.
In einer vorteilhaften Ausführungsform weist jede der motorisierten Kupplungsbaugruppen ferner ein zwischen dem jeweiligen Motor und der jeweiligen Schaltgabel angeordnetes Untersetzungsgetriebe auf. Auf diese Weise kann die vom Motor (insbesondere von einem Servomotor) zur Verfügung gestellte Drehzahl an die gewünschte Bewegung der Schaltgabel angepasst werden.In an advantageous embodiment, each of the motorized clutch assemblies also has a reduction gear arranged between the respective motor and the respective shift fork. In this way, the speed made available by the motor (in particular by a servomotor) can be adapted to the desired movement of the shift fork.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Kupplungsbaugruppe zwischen dem Untersetzungsgetriebe und der Schaltgabel eine Gewindespindel zur Betätigung der jeweiligen Schaltgabel auf. Die Verwendung einer Gewindespindel anstelle der Schaltwelle mit ihrer Schaltkulisse sorgt für niedrigere Schalt-Drehmomente, was wiederum das Schalten auch unter hohen Lasten ermöglicht. Zusätzlich kann der Arbeitspunkt der Gangschaltung im Vergleich zu Lösungen mit einer herkömmlichen Schaltwelle flexibler eingestellt werden, da dieser - anders als die Steigung der Schaltkulisse in der Schaltwelle - nicht durch einen bestimmten Winkelbereich vorgegeben ist.In a further advantageous embodiment, the clutch assembly between the reduction gear and the shift fork has a threaded spindle for actuating the respective shift fork. The use of a threaded spindle instead of the shift shaft with its shift gate ensures lower shifting torques, which in turn enables shifting even under high loads. In addition, the operating point of the gearshift can be set more flexibly compared to solutions with a conventional selector shaft, as this - unlike the gradient of the shift gate in the selector shaft - is not specified by a specific angular range.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Gewindespindel in einer Hülse der Schaltgabel aufgenommen und steht mit einer Gewindemutter der Schaltgabel in Gewindeeingriff. Auf diese Weise kann eine besonders kompakte Bauweise erreicht werden. Durch Abstützen bzw. Lagern der Gewindespindel durch Gleitlager innerhalb der Hülse der Schaltgabel kann die Schaltpräzision gesteigert werden. Anstelle von Gleitlagern kann die Abstützung auch mittels Wälzlagern erfolgen.In a further advantageous embodiment, the threaded spindle is received in a sleeve of the shift fork and is in threaded engagement with a threaded nut of the shift fork. In this way, a particularly compact design can be achieved. The switching precision can be increased by supporting or mounting the threaded spindle with slide bearings within the sleeve of the shift fork. Instead of plain bearings, the support can also take place by means of roller bearings.
Sind eine Abtriebswelle des Motors der Kupplungsbaugruppe und die Gewindespindel achsparallel zueinander angeordnet, kann der Raumbedarf der Kupplungsbaugruppe weiter verringert und die Montagefreundlichkeit erhöht werden. Es sind jedoch auch andere Anordnungen möglich.If an output shaft of the motor of the coupling assembly and the threaded spindle are arranged axially parallel to one another, the space requirement of the coupling assembly can be further reduced and the ease of assembly can be increased. However, other arrangements are also possible.
Das Untersetzungsgetriebe der motorisierten Kupplungsbaugruppe ist vorteilhafterweise als mehrstufiges Getriebe ausgestaltet, wobei insbesondere die an den Motor der Kupplungsbaugruppe anschließende erste Getriebestufe als Schneckengetriebe und die sich an diese erste Getriebestufe anschließende zweite Getriebestufe als Kegelradgetriebe ausgebildet ist. Obwohl es sich bei der Ausgestaltung als mehrstufiges Getriebe um eine vorteilhafte Ausführungsform handelt, ist auch ein einstufiges Getriebe denkbar. Des Weiteren haben sich Schneckengetriebe und Kegelradgetriebe zwar als besonders vorteilhaft herausgestellt, es sind jedoch auch andere Getriebeformen denkbar, wie beispielsweise ein Stirnradgetriebe, ein Planetengetriebe oder ein Riemenantrieb.The reduction gear of the motorized clutch assembly is advantageously designed as a multi-stage gear, in particular the first gear stage following the motor of the clutch assembly is designed as a worm gear and the second gear stage following this first gear stage is designed as a bevel gear. Although the configuration as a multi-stage transmission is an advantageous embodiment, a single-stage transmission is also conceivable. Furthermore, worm gears and bevel gears have proven to be particularly advantageous, but other types of gears are also conceivable, such as, for example, a spur gear, a planetary gear or a belt drive.
In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen kann die jeweilige Schaltgabel in eine längs der Stirn des jeweiligen Kopplungsrades umlaufende Nut eingreifen und/oder die Kopplungsräder sind jeweils als Klauenrad ausgebildet, welches mit Klauen zum Eingriff in das jeweilige Ritzel ausgestattet ist.In further advantageous embodiments, the respective shift fork can engage in a groove running along the face of the respective coupling wheel and / or the coupling wheels are each designed as a claw wheel, which is equipped with claws for engaging the respective pinion.
Nicht sämtliche Gangstufen müssen mit einer motorisierten Kupplungsbaugruppe ausgestattet sein. Vielmehr können einzelne Gangstufen durch ein kupplungslos drehfest mit der Zentralwelle verbundenes Ritzel gebildet werden. Insbesondere kann das Ritzel für die niedrigste Gangstufe kupplungslos drehfest mit der Zentralwelle verbunden sein.Not all gears need to be equipped with a motorized clutch assembly. Rather, individual gear steps can be formed by a pinion that is non-rotatably connected to the central shaft without a clutch. In particular, the pinion for the lowest gear can be non-rotatably connected to the central shaft without a clutch.
Zusätzliche Weiterbildungen und Abwandlungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und, auch unter Berücksichtigung von deren Vorteilen, aus nachstehender Beschreibung eines unter Abstraktion auf das Funktionswesentliche skizzierten bevorzugten Realisierungsbeispiels zu dieser Erfindung. Es zeigen:
-
1 eine schematische und vereinfachte Darstellung einer Dreigangschaltung für einen elektromotorischen Fahrrad-Zusatzantrieb; -
2 eine Schaltgabel mit motorisierter Kupplungsbaugruppe in perspektivischer Ansicht; und -
3 die Schaltgabel und motorisierte Kupplungsbaugruppe aus2 in einer Schnittansicht.
-
1 a schematic and simplified representation of a three-speed gearshift for an electromotive auxiliary bicycle drive; -
2 a shift fork with motorized clutch assembly in perspective view; and -
3rd the shift fork and motorized clutch assembly2 in a sectional view.
In der in
Die Drehzahl der Kurbelwelle
Das Übersetzungsgetriebe
Das Umgehäuse
Sowohl das Übersetzungsgetriebe
Die Zentralwelle
In einer ersten Gangstufe der Drehmomentübertragung vom Koppelrad
Insoweit eine änderbare Übersetzung zwischen Zentralwelle
Für den zweiten Gang mit seiner höheren Stirnrad-Übersetzung steht ein zweites Ritzel
Dieses weitere, zweite Ritzel
Solch ein Klauenrad
Das Servomotor-Untersetzungsgetriebe
Auf diese Weise ist mit der Räderpaarung
Die motorisierten Kupplungsbaugruppe
Die entsprechende Ansteuerung der Servomotoren
Die Kupplungsbaugruppe
Zur Vibrationsdämpfung ist das zweite Kegelrad
Als Abtriebswelle des Kegelradgetriebes
In funktionaler Hinsicht dient die Gewindespindel
Die Gewindespindel
Die dargestellte Gangschaltung weist somit eine Zentralwelle
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1111
- UmgehäuseCasing
- 1212th
- ZusatzantriebAdditional drive
- 1313th
- TretlagerBottom bracket
- 1414th
- Kurbelwellecrankshaft
- 1515th
- ÜbersetzungsgetriebeTransmission gear
- 1616
- StirnradSpur gear
- 2525th
- KoppelradCoupling wheel
- 26, 26.1, 26.2, 26.326, 26.1, 26.2, 26.3
- TriebradDriving wheel
- 2727
- HohlwelleHollow shaft
- 2828
- ZugmittelradTraction gear
- 2929
- ZugmittelTraction means
- 3131
- AntriebsmotorDrive motor
- 3232
- Antriebsmotor-UntersetzungsgetriebeDrive motor reduction gear
- 3535
- Antriebswelledrive shaft
- 4040
- ZentralwelleCentral shaft
- 4242
- MesswerkMeasuring mechanism
- 43, 43.1, 43,2, 43.343, 43.1, 43.2, 43.3
- Ritzelpinion
- 4444
- Wälzlagerroller bearing
- 4545
- GangschaltungGear shift
- 4747
- KlauenClaws
- 48, 48.2, 48.348, 48.2, 48.3
- KlauenradClaw wheel
- 49, 49.2, 49.349, 49.2, 49.3
- SchaltgabelShift fork
- 50, 50.2, 50.350, 50.2, 50.3
- UntersetzungsgetriebeReduction gear
- 51, 51.2, 51.351, 51.2, 51.3
- ServomotorServo motor
- 52, 52.2, 52.352, 52.2, 52.3
- KupplungsbaugruppeClutch assembly
- 5656
- FreilaufFreewheel
- 5858
- SteuerschaltungControl circuit
- 6060
- NutGroove
- 7171
- Schneckeslug
- 7272
- SchneckengetriebeWorm gear
- 7373
- SchneckenradWorm gear
- 7474
- ZylinderstiftStraight pin
- 7575
- Erstes KegelradFirst bevel gear
- 7676
- Zweites KegelradSecond bevel gear
- 7777
- KegelradgetriebeBevel gears
- 7878
- DämpfungselementDamping element
- 7979
- Innenteil des KegelradesInner part of the bevel gear
- 8080
- Außenteil des KegelradesOuter part of the bevel gear
- 8181
- GewindespindelThreaded spindle
- 8282
- Erstes WälzlagerFirst roller bearing
- 8383
- Zweites WälzlagerSecond roller bearing
- 8484
- HülseSleeve
- 8585
- GewindemutterThreaded nut
- 8686
- Erstes GleitlagerFirst plain bearing
- 8787
- Zweites GleitlagerSecond plain bearing
- 8888
- VerschlussClasp
- 8989
- Magnetmagnet
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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