DE102019218617B4

DE102019218617B4 - Getriebeanordnung für ein Fahrrad und ein Fahrrad

Info

Publication number: DE102019218617B4
Application number: DE102019218617.3A
Authority: DE
Inventors: Bernd Unseld
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2022-10-27
Anticipated expiration: 2039-11-30
Also published as: DE102019218617A1; WO2021105254A1

Abstract

Getriebeanordnung für ein Fahrrad (1) mit zumindest einem schaltbaren Getriebe, welches ein Antriebsrad (2) antreibt, wobei dem Getriebe zumindest eine Nachschaltgetriebegruppe (3) nachgeschaltet ist, wobei die Nachschaltgetriebegruppe (3) dem Antriebsrad (2) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass- die Nachschaltgetriebegruppe (3) koaxial zu einem als schaltbares Getriebe ausgeführten Nabengetriebe (4) an dem Antriebsrad (2) angeordnet ist,- die Nachschaltgetriebegruppe (3) als Planetengetriebe ausgeführt ist,- das Nabengetriebe (4) radial innerhalb des Planetengetriebes angeordnet ist,- das Planetengetriebe als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist, wobei entweder ein Sonnenrad des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einem Abtrieb des Nabengetriebes (4) verbunden ist, dass ein Hohlrad des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einem gehäusefesten Teil des Nabengetriebes (4) verbunden ist und dass ein Planetenradträger des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einer Radnabe (14) des Antriebsrades (2) verbunden ist oder ein Hohlrad des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einem Abtrieb des Nabengetriebes (4) verbunden ist, dass ein Sonnenrad des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einem gehäusefesten Teil des Nabengetriebes (4) verbunden ist und dass ein Planetenradträger des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einer Radnabe (14) des Antriebsrades (2) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebeanordnung für ein Fahrrad gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrrad mit der Getriebeanordnung.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2016 225 145 A1 ist ein Getriebe für ein Fahrrad oder Pedelec bekannt. Das schaltbare Getriebe umfasst mehrere Planetenradsätze, denen ein weiteres Planetengetriebe als Nachschaltgetriebegruppe zugeordnet ist. Das bekannte Getriebe ist als Tretlagergetriebe ausgeführt, bei dem die Nachschaltgetriebegruppe koaxial zu einer Tretlagerkurbelwelle angeordnet ist, wobei der Abtrieb des Getriebes über einen Ketten- oder Riementrieb mit einem Kettenrad eines als Hinterrad ausgeführten Antriebsrades gekoppelt ist.
Aus DE 10 2012 201 373 A1 ist ein Hybridantriebsstrang für ein Fahrrad mit einer Nabengangschaltung bekannt.
Aus DE 10 2018 008 464 A1 ist ein Antriebsstrang für muskelbetriebene ein- oder mehrspurige Fahrzeuge mit einem kurbelgetriebenen Tretlagerschaltgetriebe bekannt.
Aus DE 10 2018 208 387 A1 ist ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad bekannt.
Die Drehmoment- beziehungsweise Zugkraftanforderungen am Antriebsrad für Fahrräder oder Lastenräder nimmt aufgrund des breiter werdenden Nutzungsfeldes immer mehr zu. Bekannte Antriebslösungen mit zum Beispiel einer elektrischen Unterstützung reagieren darauf mit einer höheren Motorleistung und dem damit verbundenen höheren Drehmoment. Bei einem Pedelec befindet sich, wie bei dem bekannten Getriebe, der Motor innerhalb des Tretlagergehäuses, sodass die höhere Leistung und die damit verbundenen höheren Drehmomente über den Ketten- oder Riementrieb übertragen werden müssen. Die vorgesehenen, nachgeschalteten Nabenschaltungen oder Kettenschaltungen sind in der Drehmomentbelastbarkeit begrenzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Getriebeanordnung und ein Fahrradmit der Getriebeanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, bei denen eine Nachschaltgetriebegruppe in ein bestehendes Getriebe zur Leistungssteigerung ohne größere Belastungen (Drehmoment beziehungsweise Kräfte) für die bestehenden Übertragungsmittel integriert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 oder 2 beziehungsweise 5 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Somit wird eine Getriebeanordnung für ein Fahrrad, welches auch als Lastenrad oder Pedelec ausgebildet sein kann, mit zumindest einem schaltbaren Getriebe vorgeschlagen, welches ein Antriebsrad beziehungsweise ein Hinterrad antreibt, wobei dem Getriebe zumindest eine Nachschaltgetriebegruppe nachgeschaltet ist. Um eine Leistungssteigerung bei der Getriebeanordnung ohne höhere Drehmomentbelastung der Übertragungselemente konstruktiv einfach zu realisieren, ist vorgesehen, dass die Nachschaltgetriebegruppe beziehungsweise Nachschaltgruppe dem Antriebsrad beziehungsweise dem Hinterrad zugeordnet ist.
Demzufolge wird eine Leistungssteigerung bei der Getriebeanordnung durch Integration der Nachschaltgruppe an dem Antriebsrad ohne Steigerung des Drehmoments beziehungsweise der Kräfte bei den Übertragungsmittel realisiert, wobei im Wesentlichen vorhandene Bauteile genutzt werden, welches zusätzlich zu Kostenvorteilen führt.
Es ist vorgesehen, dass als schaltbares Getriebe ein Nabengetriebe an dem Antriebsrad beziehungsweise an dem Hinterrad vorgesehen ist, wobei die Nachschaltgetriebegruppe koaxial zu dem Nabengetriebe beziehungsweise zu der Nabenschaltung am Antriebsrad angeordnet ist. Als Nachschaltgruppe beziehungsweise Nachschaltgetriebegruppe ist ein Planetengetriebe oder dergleichen vorgesehen. Es sind auch andere Arten von Getrieben als Nachschaltgruppe einsetzbar, jedoch zeichnet sich ein Planetengetriebe durch möglichst geringem Bauraumbedarf bei hoher Leistungsdichte aus.
Das Nabengetriebe ist radial innerhalb des Planetengetriebes angeordnet. Auf diese Weise können die üblichen Bauteile des Nabengetriebes verwendet werden, da sich das Planetengetriebe radial außerhalb des Nabengetriebes befindet.
Es ist möglich, dass als Planetengetriebe ein Plus-Planetenradsatz mit einer Standübersetzung von etwa 2 vorgesehen ist. Auf diese Weise kann bei gleichem Eingangsdrehmoment am Kettenrad der Nabenschaltung das doppelte Drehmoment am Antriebsrad erzeugt werden, ohne die Übertragungsmittel, wie zum Beispiel Ketten, Riemen oder dergleichen, mit höheren Kräften zu belasten.
Es ist alternativ zum Plus-Planetenradsatz auch denkbar, dass als Planetengetriebe ein Minus-Planetenradsatz ausgeführt wird, der einen weiteren Vorteil im Wirkungsgrad der vorgeschlagenen Getriebeanordnung realisiert.
Im Rahmen einer nächsten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der gehäusefeste Steg des Nabengetriebes beziehungsweise das feststehende Element des Nabengetriebes schaltbar ausgeführt wird. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der gehäusefeste Steg des Nabengetriebes über ein Schaltelement oder dergleichen mit dem Gehäuse verbindbar ist. Auf diese Weise kann die Spreizung der Nabenschaltung vergrößert werden, da durch die beiden Stellungen entweder ein Blockumlauf oder die Standübersetzung erreicht werden kann. Somit kann eine Spreizung der Getriebeanordnung von zum Beispiel 3 oder mehr realisiert werden, um den Einsatz der vorgeschlagenen Getriebeanordnung auch für sogenannte Speedbikes zu ermöglichen.
Bei der vorgeschlagenen Getriebeanordnung ist es möglich, dass auch bei einer Kettenschaltung als schaltbares Getriebe die Nachschaltgetriebegruppe dem Antriebsrad zugeordnet ist, indem das Planetengetriebe koaxial zu einem am Antriebsrad vorgesehenen Ritzelträger der Kettenschaltung angeordnet ist. Vorzugsweise kann das Planetengetriebe auch in einen Freilauf oder in eine Nabe des Ritzelträgers der Kettenschaltung integriert werden, um so den Bauraumbedarf weiter zu minimieren.
Im Rahmen eines weiteren Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrrad, das beispielsweise als Lastenrad oder Pedelec ausgeformt sein kann, mit der vorbeschriebenen Getriebeanordnung beansprucht. Hieraus ergeben sich die vorbeschriebenen Vorteile und weitere Vorteile.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Fahrrades oder Pedelecs mit einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung; und
2 eine schematische Detailansicht eines Antriebsrades des Fahrrades, Lastenrades oder Pedelecs.

In den 1 und 2 sind verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen Getriebeanordnung beispielhaft an einem Fahrrad, Lastenrad oder Pedelec 1 dargestellt. Unabhängig von der dargestellten Ausführungsvariante umfasst die Getriebeanordnung ein schaltbares Getriebe, welches ein Antriebsrad 2 antreibt, wobei dem Getriebe zumindest eine Nachschaltgetriebegruppe 3 nachgeschaltet ist. Um eine Leistungserhöhung direkt an dem Antriebsrad 2 zu realisieren, ist vorgesehen, dass die Nachschaltgetriebegruppe 3 dem Antriebsrad 2 zugeordnet ist, beziehungsweise an diesem angeordnet ist.
Die Nachschaltgetriebegruppe 3 ist koaxial zu einem als schaltbares Getriebe ausgeführten Nabengetriebe 4 an dem Antriebsrad 2 angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine besonders bauraumsparende Anordnung, da die als Planetengetriebe ausgeführte Nachschaltgetriebegruppe 3 das Nabengetriebe 4 aufnimmt, in der Weise, dass das Nabengetriebe 4 radial innerhalb des Planetengetriebes angeordnet ist.
Das Nabengetriebe 4 ist im Bereich der Radnabe 14 des Antriebsrades 2 beziehungsweise Hinterrades 2 des Fahrrades oder Pedelecs 1 angeordnet und wird von einem Kettenrad 5 angetrieben. Das Kettenrad 5 steht wiederum über eine Kette beziehungsweise einen Riemen 6 mit einem Tretkurbelkettenrad 7 in Wirkverbindung. Somit kann das Nabengetriebe 4 entweder durch die Tretkraft des Fahrers oder durch eine zusätzliche elektrische Maschine zur Tretkraftunterstützung über die Kette oder den Riemen 6 angetrieben werden.
Durch die Anordnung der Nachschaltgetriebegruppe beziehungsweise des Planetengetriebes 3 am Antriebsrad 2 wird die Drehmomenterhöhung direkt am Antriebsrad 2 erzeugt, ohne hierbei die Kette oder den Riemen 6 stärker zu belasten.
Eine Erhöhung der Eingangsdrehzahl des Nabengetriebes 4 kann durch eine angepasste Übersetzung von Tretkurbelkettenrad 7 zum Kettenrad am Antriebsrad 5 erreicht werden. Die erhöhte Leistung wird entsprechend über eine erhöhte Drehzahl am Nabengetriebe erreicht und nicht durch ein erhöhtes Drehmoment.
In 2 ist eine Detailansicht der Radnabe 14 des Antriebsrades 2 dargestellt, wobei beispielhaft eine Ausführungsvariante der Getriebeanordnung gewählt wird, bei der ein Nabengetriebe 4 als schaltbares Getriebe mit einem Planetengetriebe als Nachschaltgetriebegruppe 3 gekoppelt ist, wobei das Planetengetriebe als Plus-Planetenradsatz mit einer Standübersetzung von zum Beispiel 2 ausgeführt ist.
Bei dieser dargestellten Ausführungsvariante ist ein Sonnenrad 8 mit einem Abtrieb des Nabengetriebes 4 verbunden. Ein Planetenradträger 9 des Planetengetriebes ist mit einem Steg 10 gehäusefest mit dem Nabengetriebe 4 verbunden, während ein Hohlrad 11 als Abtrieb des Planetengetriebes mit der Radnabe 14 des Antriebsrades 2 verbunden ist.
Ein Plus-Planetenradsatz weist bekanntlich an seinem Planetenradträger 9 verdrehbar gelagerte und miteinander in Zahneingriff stehende innere Planetenräder 12 und äußere Planetenräder 13 auf, wobei eine Außenverzahnung des Sonnenrades 8 des Plus-Planetenradsatzes mit den inneren Planetenrädern 12 und eine Innenverzahnung des Hohlrades 11 des Plus-Planetenradsatzes mit den äußeren Planetenrädern 13 kämmen, sodass sich das Hohlrad 11 bei festgehaltenem Planetenradträger beziehungsweise Steg 10 (Drehmomentabstützung) und drehendem Sonnenrad 8 in zur Sonnenraddrehrichtung gleicher Drehrichtung dreht.
Eine Ausführung der Nachschaltgetriebegruppe 3 als Planetengetriebe mit einem Minus-Planetenradsatz ist nicht weiter dargestellt. Der Minus-Planetenradsatz weist bekanntlich an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte Planetenräder auf, die mit einem Sonnenrad und mit einem Hohlrad des Minus-Planetenradsatzes kämmen, sodass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung entgegengesetzter Richtung dreht. Ein Minus-Planetenradsatz kann bevorzugt in ein Plus-Planetenradsatz überführt werden, wenn die Planetenträger- und die Hohlrad-Anbindung an diesem Radsatz miteinander vertauscht wird und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht wird.
Wenn bei der vorgeschlagenen Getriebeanordnung ein Minus-Planetenradsatz verwendet wird, welches nicht weiter in den Figuren dargestellt ist, wäre ein Sonnenrad des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einem Abtrieb des Nabengetriebes 4 verbunden und ein Hohlrad des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes wäre mit dem gehäusefesten Teil des Nabengetriebes 4 (Drehmomentabstützung) verbunden. Ferner wäre ein Planetenradträger des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit dem Antriebsrad 2 verbunden.
Bei einer alternativen Ausführung bei der Verwendung eines Minus-Planetenradsatzes gäbe es auch die Möglichkeit, dass das Hohlrad des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit dem Abtrieb des Nabengetriebes 4 verbunden ist und dass das Sonnenrad des als Minus-Planetenradsatzes ausgeführten Planetengetriebes mit dem gehäusefesten Teil des Nabengetriebes 4 (Drehmomentabstützung) verbunden ist, während der Planetenradträger des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit der Radnabe 14 des Antriebsrades 2 verbunden wäre.
Der in 2 dargestellte gehäusefeste Steg 10 des Nabengetriebes 4 kann über ein nicht weiter dargestelltes Schaltelement schaltbar ausgeführt werden. Auf diese Weise werden zwei Schaltstellungen realisiert, wobei in der ersten Schaltstellung ein Blockumlauf des Getriebes mit der Übersetzung 1 realisiert wird und wobei in der zweiten Schaltstellung (Verbindung mit einer Drehmomentabstützung) die Übersetzung des Getriebes der Standübersetzung entspricht. Auf diese Weise wird somit die Spreizung der Getriebeanordnung weiter erhöht.
Des Weiteren ergibt sich die Möglichkeit, bei der vorgeschlagenen Getriebeanordnung die Nachschaltgetriebegruppe 3 auch bei einer Kettenschaltung am Antriebsrad 2 vorzusehen, indem beispielsweise das Planetengetriebe als Nachschaltgetriebegruppe 3 koaxial zu einem nicht weiter dargestellten Ritzelträger der Kettenschaltung am Antriebsrad 2 angeordnet ist.
Demzufolge kann die Leistungserhöhung durch die Verwendung der Nachschaltgetriebegruppe 3 bei der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung auch bei einem als Kettenschaltung ausgeführten Getriebe ohne die Belastung der Übertragungsmittel beziehungsweise der Kette 6 realisiert werden, da die Nachschaltgetriebegruppe 3 dem am Antriebsrad 2 vorgesehenen Ritzelträger nachgeschaltet ist. Dadurch werden auch bei einer Kettenschaltung die Vorteile eines geringeren Verschleißes bei der Kette 6 und bei den dazugehörigen Kettenrädern durch entsprechend reduzierte Kräfte realisiert.
Bezugszeichenliste

1: Fahrrad, Lastenrad oder Pedelec
2: Antriebsrad beziehungsweise Hinterrad
3: Nachschaltgetriebegruppe als Planetengetriebe
4: Nabengetriebe
5: Kettenrad am Antriebsrad
6: Kette beziehungsweise Riemen
7: Tretkurbelkettenrad
8: Sonnenrad
9: Planetenradträger
10: Steg
11: Hohlrad
12: innere Planetenräder
13: äußere Planetenräder
14: Radnabe des Antriebsrades

Claims

Getriebeanordnung für ein Fahrrad (1) mit zumindest einem schaltbaren Getriebe, welches ein Antriebsrad (2) antreibt, wobei dem Getriebe zumindest eine Nachschaltgetriebegruppe (3) nachgeschaltet ist, wobei die Nachschaltgetriebegruppe (3) dem Antriebsrad (2) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Nachschaltgetriebegruppe (3) koaxial zu einem als schaltbares Getriebe ausgeführten Nabengetriebe (4) an dem Antriebsrad (2) angeordnet ist, - die Nachschaltgetriebegruppe (3) als Planetengetriebe ausgeführt ist, - das Nabengetriebe (4) radial innerhalb des Planetengetriebes angeordnet ist, - das Planetengetriebe als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist, wobei entweder ein Sonnenrad des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einem Abtrieb des Nabengetriebes (4) verbunden ist, dass ein Hohlrad des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einem gehäusefesten Teil des Nabengetriebes (4) verbunden ist und dass ein Planetenradträger des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einer Radnabe (14) des Antriebsrades (2) verbunden ist oder ein Hohlrad des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einem Abtrieb des Nabengetriebes (4) verbunden ist, dass ein Sonnenrad des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einem gehäusefesten Teil des Nabengetriebes (4) verbunden ist und dass ein Planetenradträger des als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einer Radnabe (14) des Antriebsrades (2) verbunden ist.
Getriebeanordnung für ein Fahrrad (1) mit zumindest einem schaltbaren Getriebe, welches ein Antriebsrad (2) antreibt, wobei dem Getriebe zumindest eine Nachschaltgetriebegruppe (3) nachgeschaltet ist, wobei die Nachschaltgetriebegruppe (3) dem Antriebsrad (2) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Nachschaltgetriebegruppe (3) koaxial zu einem als schaltbares Getriebe ausgeführten Nabengetriebe (4) an dem Antriebsrad (2) angeordnet ist, - die Nachschaltgetriebegruppe (3) als Planetengetriebe ausgeführt ist, - das Nabengetriebe (4) radial innerhalb des Planetengetriebes angeordnet ist, - das Planetengetriebe (3) als Plus-Planetenradsatz mit einer Standübersetzung von etwa 2 ausgeführt ist, dass ein Sonnenrad (8) des als Plus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einem Abtrieb des Nabengetriebes (4) verbunden ist, wobei ein Planetenradträger (9) des als Plus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einem Steg (10) und einem gehäusefesten Teil des Nabengetriebes (4) verbunden ist und dass ein Hohlrad (11) des als Plus-Planetenradsatz ausgeführten Planetengetriebes mit einer Radnabe (14) des Antriebsrades (2) verbunden ist.
Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Stegs (10) mit dem gehäusefesten Teil des Nabengetriebes (4) schaltbar ausgeführt ist.
Fahrrad (1) mit einer Getriebeanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.