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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrrad oder Pedelec mit dem Mehrstufengetriebe.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2018 208 380 ist ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder Pedelec bekannt. Das Mehrstufengetriebe umfasst zwei Hauptradsätze und einen Vorschaltradsatz und einen Nachschaltradsatz. Ferner sind vier Freilaufkupplungen und vier Bremsen vorgesehen, um 16 Gangstufen zu realisieren. Das Mehrstufengetriebe liefert bei üblichen Standgetriebeübersetzungen der einzelnen Radsätze zwischen -2,4 und -1,6 eine für Mountainbikes günstige große Getriebespreizung von ca. 6 bei konstanter Stufung. Es hat sich gezeigt, dass für eine kleinere Getriebespreizung von ca. 2,6, die beispielsweise für Rennräder notwendig ist, bauaufwändige Einzelradsätze mit Stufenplaneten notwendig sind, um die vorgenannte Getriebespreizung zu erreichen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes Mehrstufengetriebe und ein Fahrrad oder Pedelec mit dem Mehrstufengetriebe vorzuschlagen, welche eine rennradübliche geringe Getriebespreizung von etwa 2,6 mit nahezu konstanten Gangsprüngen konstruktiv einfach realisieren.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 21 gelöst, wobei vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen zu entnehmen sind.
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Somit wird ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec mit einer Getriebeeingangswelle als Antrieb und einer Getriebeausgangswelle als Abtrieb vorgeschlagen. Das Mehrstufengetriebe umfasst zumindest drei Planetenradsätze, wobei zumindest drei Freilaufkupplungen und zumindest drei Bremsen zum Realisieren von zumindest 8 Gängen bzw. Gangstufen vorgesehen sind. Um ein konstruktiv besonders einfach aufgebautes Mehrstufengetriebe zu realisieren, ist vorgesehen, dass ein zweites Element des ersten Planetenradsatzes als Eingangselement direkt oder über zumindest ein weiteres Element mit der Getriebeeingangswelle gekoppelt ist, wobei ein erstes Element des ersten Planetenradsatzes als Ausgangselement mit der Getriebeausgangswelle direkt oder über zumindest ein weiteres Element gekoppelt ist. Ferner ist ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes als Koppelelement mit einem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wobei ein erstes Element des zweiten Planetenradsatzes über eine erste Bremse festsetzbar ist und wobei das erste Element des zweiten Planetenradsatzes über eine erste Freilaufkupplung mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes verbindbar ist. Zudem ist ein drittes Element des zweiten Planetenradsatzes mit einem zweiten Element eines dritten Planetenradsatzes verbunden, wobei ein erstes Element des dritten Planetenradsatzes über eine zweite Bremse festsetzbar ist und wobei das erste Element des dritten Planetenradsatzes über eine zweite Freilaufkupplung mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbindbar ist. Ferner ist ein drittes Element des dritten Planetenradsatzes über eine dritte Freilaufkupplung mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes verbindbar, wobei das dritte Element des dritten Planetenradsatzes über eine dritte Bremse festsetzbar ist.
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Durch die vorgeschlagene Verschaltung der drei Planetenradsätze bei dem Mehrstufengetriebe können an dem ersten Planetenradsatz zumindest zweimal vier gleich acht verschiedene Drehzahlen bzw. Übersetzungen über das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes an dem ersten Planetenradsatz erzeugt werden, da durch die Anbindung des ersten Elementes des zweiten Planetenradsatzes und den vorgesehenen Bremsen und Freiläufen bereits zwei Drehzahlen und durch die Anbindung des dritten Elementes des zweiten Planetenradsatzes an dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes vier Drehzahlen realisiert werden. Die auf diese Weise miteinander verbundenen bzw. verschaltbaren Einzelradsätze des vorgeschlagenen Mehrstufengetriebes sind nicht nur konstruktiv einfach aufgebaut und benötigen einen möglichst geringen Bauraum, sondern realisieren ein Mehrstufengetriebe mit einer geringen Getriebespreizung von ca. 2,6 bei quasi konstanter Gangstufung, welches besonders bevorzugt bei Rennrädern einsetzbar ist. Ferner werden mit dem vorgeschlagenen besonders effizienten Mehrstufengetriebe mit geringer Getriebespreizung mit nur drei Planetenradsätzen und nur drei Freilaufkupplungen sowie nur drei Bremsen acht Gänge bzw. Gangstufen realisiert, wobei die Standübersetzung der Planetenradsätze des Mehrstufengetriebes etwa zwischen -2,4 und -1,5, vorzugsweise zwischen -2,0 und -1,5 liegen.
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Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können bei dem vorgeschlagenen Mehrstufengetriebe durch das Hinzufügen eines weiteren Planetenradsatzes als Vorschaltradsatz oder als Nachschaltradsatz mit einer zusätzlichen Vorschalt- bzw. Nachschaltbremse und einer Vorschalt- bzw. Nachschaltfreilaufkupplung die Ganganzahl verdoppelt werden, sodass sechzehn Gänge schaltbar sind. Bei dem vierten Einzelradsatz als Vorschaltradsatz oder Nachschaltradsatz kann jeweils ein Eingangselement, ein Ausgangselement sowie ein Koppelelement vorgesehen sein, wobei das Koppelelement über eine Vorschaltbremse bzw. eine Nachschaltbremse festsetzbar ist und wobei über eine Vorschaltfreilaufkupplung bzw. Nachschaltfreilaufkupplung der Vorschaltradsatz oder der Nachschaltradsatz verblockbar ist. Das Eingangselement des Vorschaltradsatzes ist mit dem Antrieb bzw. der Getriebeeingangswelle verbunden, wobei das Ausgangselement des Vorschaltradsatzes mit dem Eingangselement des ersten Planetenradsatzes verbunden ist und diesen antriebsseitig koppelt. Das Eingangselement des Nachschaltradsatzes ist mit dem Ausgangselement des ersten Planetenradsatzes verbunden, wobei das Ausgangselement des Nachschaltradsatzes mit dem Abtrieb bzw. der Getriebeausgangswelle verbunden ist und somit den ersten Planetenradsatz abtriebsseitig koppelt.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass zumindest einer der vorgesehenen Einzelradsätze als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist, wodurch sich eine besonders bauraumgünstige Anordnung ergibt. Es ist auch denkbar, dass ein oder mehrere der Einzelradsätze als Plus-Planetenradsätze ausgeführt sind.
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Ein Minus-Planetenradsatz kann bevorzugt in einen Plus-Planetenradsatz überführt werden, wenn die Planetenradträger- und Hohlradanbindung an diesem Radsatz miteinander vertauscht wird und der Betrag der Standübersetzung um 1 erhöht wird. Ein Minus-Planetenradsatz weist an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte Planetenräder auf, die mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad dieses Planetenradsatzes kämmen, sodass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung entgegengesetzter Richtung dreht. Ein Plus-Planetenradsatz weist an seinem Planetenradträger verdrehbar gelagerte und miteinander in Zahneingriff stehende innere und äußere Planetenräder auf, wobei das Sonnenrad dieses Planetenradsatzes mit den inneren Planetenrädern und das Hohlrad dieses Planetenradsatzes mit den äußeren Planetenrädern kämmen, sodass sich das Hohlrad bei festgehaltenem Planetenradträger und drehendem Sonnenrad in zur Sonnenraddrehrichtung gleicher Drehrichtung dreht.
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Dies bedeutet für den Fachmann, dass bei den als Minus-Planetenradsatz ausgeführten Einzelradsätzen ein erstes Element als Hohlrad, ein zweites Element als Planetenradträger und ein drittes Element als Sonnenrad ausgeführt sind. Ferner bedeutet dies, dass bei einem als Plus-Planetenradsatz ausgeführten Einzelradsatz das erste Element als Planetenradträger, das zweite Element als Hohlrad und das dritte Element als Sonnenrad ausgeführt sind.
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Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einem als Minus-Planetenradsatz ausgeführten dritten Planetenradsatz zur bauraumgünstigen Herstellung der Bindbarkeit mit den anderen Planetenradsätzen ein geteiltes Sonnenrad oder ein geteiltes Hohlrad vorgesehen ist. Das geteilte Sonnenrad weist dabei ein erstes Sonnenradteil und ein zweites Sonnenradteil auf, welche miteinander wirkverbunden sind, wobei das geteilte Hohlrad ein erstes Hohlradteil und ein zweites Hohlradteil aufweist, welche ebenfalls miteinander wirkverbunden sind. Bei der Verwendung eines geteilten Sonnenrades anstelle eines geteilten Hohlrades ergibt sich der Vorteil eines geringeren Bauaufwandes. Alternativ dazu wäre es denkbar, den dritten Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz mit z. B. einer Standübersetzung von etwa 3 zu verwenden, um aufgrund der Vertauschung von Hohlrad und Planetenradträger eine Bindung mit den anderen Planetenradsätzen zu vereinfachen.
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Um neben dem manuellen Antrieb durch den Fahrer auch eine elektrische Unterstützungsleistung zu ermöglichen, kann bei dem erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebe vorgesehen sein, dass zumindest eine elektrische Maschine oder dergleichen vorgesehen ist. Die elektrische Maschine kann beispielsweise an der Getriebeeingangswelle, der Getriebeausgangswelle und/oder an anderen Wellen des Getriebes direkt oder auch über eine oder mehrere Getriebestufen, Ketten, Zahnriemen oder dergleichen angebunden werden. Hierfür kann auch ggf. ein Schaltelement, wie z. B. eine Freilaufkupplung oder dergleichen eingesetzt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass während des Pedalierens bei abgeschaltetem e-Maschinenantrieb keine Schleppmomente durch eine durch das Pedalieren angetriebene elektrische Maschine auftreten. Bei einer Anbindung z. B. über eine Getriebestufe kann ggf. eine Übersetzung z. B. ins Langsame realisiert werden.
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Bei der Ausführung des Mehrstufengetriebes z. B. als elektrisch unterstützter Tretlagerantrieb kann vorzugsweise eine Freilaufkupplung zwischen der Tretlagerkurbelwelle und dem Getriebeeingang realisiert werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine angebundene elektrische Maschine weiterdrehen kann, ohne dass sich die Pedale der Tretlagerkurbelwelle drehen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Fahrrad oder ein Pedelec oder dergleichen mit dem vorbeschriebenen Mehrstufengetriebe zu beanspruchen, wobei sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile ergeben.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes mit drei Planetenradsätzen zum Realisieren von acht Gängen;
- 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante mit drei Planetenradsätzen sowie einem vorgeschalteten Vorschaltradsatz zum Realisieren von sechzehn Gängen;
- 3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes mit drei Planetenradsätzen sowie einem nachgeschalteten Nachschaltradsatz zum Realisieren von sechzehn Gängen;
- 4 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes mit hinsichtlich der dritten Ausführungsvariante geänderter axialer Reihenfolge der Planetenradsätze; und
- 5 ein Schaltschema für die zweite, dritte und vierte Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes.
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In den 1 bis 4 sind verschiedene Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Mehrstufengetriebes beispielhaft als Tretlagerantrieb in Koaxialbauweise eines Fahrrades oder Pedelecs dargestellt, wobei in 5 ein Schaltschema für die Gänge G1 bis G8 einer ersten Ausführungsvariante gemäß 1 und für die Gänge G1 bis G16 für eine zweite bis vierte Ausführungsvariante gemäß 2 bis 4 mit den dazugehörigen Übersetzungen und den Gangsprüngen sowie der Getriebespreizung angegeben sind.
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In dem Schaltschema gemäß 5 sind die einzelnen Zustände der als Bremsen B1, B2, B3, BV, BN und der Freilaufkupplungen F1, F2, F3, FV, FN ausgeführten Schaltelementen angedeutet, wobei bei den Bremsen B1, B2, B3, BV, BN ein Kreis den geschlossenen Zustand und ein Kreuz den geöffneten bzw. weggeschalteten Zustand anzeigt, während bei den Freilaufkupplungen F1, F2, F3, FV, FN ein Kreis den Sperrrichtungszustand und ein Strich den Überholtriebzustand angibt. Der Überholbetrieb bzw. der Überholtriebzustand einer Freilaufkupplung F1, F2, F3, FV, FN bedeutet, dass der Freilauf nicht sperrt und somit kein Moment überträgt. Eine Freilaufkupplung F1, F2, F3, FV, FN kann sich in einem Überholtrieb befinden, wenn sich eines der mit dem Freilauf verbundenen Elemente so schnell dreht, dass der Freilauf nicht sperren kann. Der Sperrrichtungszustand bei einer Freilaufkupplung F1, F2, F3, FV, FN bedeutet, dass der Freilauf sperrt und somit ein Moment überträgt.
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Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes ist vorgesehen, dass das Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad, ein Pedelec oder dergleichen einsetzbar ist. Das Mehrstufengetriebe umfasst eine Getriebeeingangswelle 1 als Antrieb, welche in den 1 bis 4 beispielsweise als Tretlagerkurbelwelle ausgeführt ist, und eine Getriebeausgangswelle 2 als Abtrieb, welche z. B. als Kettenblatt bzw. Ketten- oder Zahnriemenrad ausgeführt sein kann.
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Das Mehrstufengetriebe umfasst je nach Ausführungsvariante zumindest einen ersten Planetenradsatz RS1, einen zweiten Planetenradsatz RS2 und einen dritten Planetenradsatz RS3. Darüber hinaus sind zumindest drei Freilaufkupplungen F1, F2, F3 und zumindest drei Bremsen bzw. Freilaufbremsen B1, B2, B3 als Schaltelemente zum Realisieren von zumindest acht Gängen G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8 vorgesehen.
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Unabhängig davon, ob bei dem vorgeschlagenen Mehrstufengetriebe Minus- oder Plus-Planetenradsätze vorgesehen sind, ergibt sich, dass ein zweites Element des ersten Planetenradsatzes RS1 als Eingangselement direkt oder über zumindest ein weiteres Element mit der Getriebeeingangswelle 1 verbunden ist, wobei ein erstes Element des ersten Planetenradsatzes RS1 als Ausgangselement direkt oder über zumindest ein weiteres Element mit der Getriebeausgangswelle 2 verbunden ist. Ferner ist ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes RS1 als Koppelelement mit einem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden, wobei ein erstes Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 über eine erste Bremse B1 festsetzbar ist und wobei das erste Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 über eine erste Freilaufkupplung F1 mit dem zweiten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist. Zudem ist ein drittes Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit einem zweiten Element eines dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden, wobei ein erstes Element des dritten Planetenradsatzes RS3 über eine zweite Bremse B2 festsetzbar ist und wobei das erste Element des dritten Planetenradsatzes RS3 über eine zweite Freilaufkupplung F2 mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist. Ferner ist ein drittes Element des dritten Planetenradsatzes RS3 über eine dritte Freilaufkupplung F3 mit dem ersten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar, wobei das dritte Element des dritten Planetenradsatzes RS3 über eine dritte Bremse B3 festsetzbar ist.
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Hierbei gilt, dass bei einem Minus-Planetenradsatz das erste Element als Hohlrad HR1, HR2, HR3, HR3A, HR3B, HRV, HRN, das zweite Element als Planetenradträger PT1, PT2, PT3, PTV, PTN und das dritte Element als Sonnenrad SR1, SR2, SR3, SR3A, SR3B, SRV, SRN ausgeführt sind, und dass bei einem Plus-Planetenradsatz das erste Element als Planetenradträger PT1, PT2, PT3, PTV, PTN, das zweite Element als Hohlrad HR1, HR2, HR3, HR3A, HR3B, HRV, HRN und das dritte Element als Sonnenrad SR1, SR2, SR3, SR3A, SR3B, SRV, SRN ausgeführt sind.
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Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante weist der erste Planetenradsatz RS1 eine Standübersetzung i01 von vorzugsweise etwa -1,78, der zweite Planetenradsatz RS2 eine Standübersetzung i02 von etwa -1,67 und der dritte Planetenradsatz RS3 eine Standübersetzung i03 von etwa -2,00 auf. Wenn je nach Ausführungsvariante ein Vorschaltradsatz VRS oder ein Nachschaltradsatz NRS vorhanden ist, weist der Vorschaltradsatz VRS und der Nachschaltradsatz NRS jeweils eine Standübersetzung i0V bzw. iON von vorzugsweise etwa -1,50 auf.
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Die verschiedenen Radsatzanordnungen des Mehrstufengetriebes gemäß der Erfindung ermöglichen somit eine kleine Gesamtspreizung von etwa 2,6, sodass ein Einsatz vorzugsweise für Rennfahrräder bzw. Rennpedelecs besonders vorteilhaft ist.
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Eine erste Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes als 8-Gang-Variante ist in 1 dargestellt, bei der in axialer Reihenfolge der erste Planetenradsatz RS1, der zweite Planetenradsatz RS2 und der dritte Planetenradsatz RS3 jeweils als Minus-Planetenradsatz vorgesehen sind.
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Im Detail ist bei der ersten Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Getriebeeingangswelle 1 mit einem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist, wobei ein Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit einem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist und wobei ein Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit der Getriebeausgangswelle 2 verbunden ist. Ferner ist ein Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die erste Bremse B1 festsetzbar, wobei das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die erste Freilaufkupplung F1 mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist und ein Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit einem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist. Zudem ist ein Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über eine zweite Bremse B2 festsetzbar, wobei das Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über eine zweite Freilaufkupplung F2 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist, wobei ein geteiltes Sonnenrad SR3A, SR3B bei dem dritten Planetenradsatz RS3 mit einem ersten Sonnenradteil SR3A und einem zweiten Sonnenradteil SR3B vorgesehen ist, wobei das erste Sonnenradteil SR3A des dritten Planetenradsatzes RS3 über die dritte Bremse B3 festsetzbar ist und wobei das zweite Sonnenradteil SR3B des dritten Planetenradsatzes RS3 über die dritte Freilaufkupplung F3 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist.
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Die erste Ausführungsvariante gemäß 1 realisiert ohne Verwendung eines Vor- oder Nachschaltradsatzes VRS, NRS ein 8-Gang-Tretlagergetriebe mit sehr kleiner Gesamtspreizung. Die Gangübersetzungen und Gangsprünge sind in 5 für die Gänge G1 bis G8 angegeben. Die erste Ausführungsvariante ist somit besonders für den Einsatz bei einer Zeitfahrmaschine geeignet. Zur Herstellung der Verbindung zwischen dem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 ist ein geteiltes Sonnenrad SR3A, SR3B vorgesehen.
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Eine zweite Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes als 16-Gang-Variante ist in 2 dargestellt, bei der in axialer Reihenfolge ein Vorschaltradsatz VRS, der erste Planetenradsatz RS1, der zweite Planetenradsatz RS2 und der dritte Planetenradsatz RS3 jeweils als Minus-Planetenradsatz vorgesehen sind. Zur Herstellung der Bindung zwischen dem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 ist im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante ein geteiltes Hohlrad HR3A, HR3B vorgesehen.
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Im Detail ist bei der zweiten Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Getriebeeingangswelle 1 mit einem Planetenradträger PTV des Vorschaltradsatzes VRS verbunden ist, wobei ein Sonnenrad SRV des Vorschaltradsatzes VRS über die Vorschaltbremse BV festsetzbar ist und wobei das Sonnenrad SRV des Vorschaltradsatzes VRS über die Vorschaltfreilaufkupplung FV mit dem Planetenradträger PTV des Vorschaltradsatzes VRS zur Verblockung verbindbar ist. Ferner ist ein Hohlrad HRV des Vorschaltradsatzes VRS mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden, wobei das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit der Getriebeausgangswelle 2 verbunden ist und wobei das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist. Zudem ist das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die erste Bremse B1 festsetzbar, wobei das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die erste Freilaufkupplung F1 mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist und wobei das Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist. Ferner ist das Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über die dritten Bremse B3 festsetzbar, wobei das Sonnenrad SR3 über die dritte Freilaufkupplung F3 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist. Ferner ist ein geteiltes Hohlrad HR3A, HR3B des dritten Planetenradsatzes RS3 mit einem ersten Hohlradteil HR3A und einem zweiten Hohlradteil HR3B vorgesehen, wobei das erste Hohlradteil HR3A des dritten Planetenradsatzes RS3 über die zweite Freilaufkupplung F2 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist und wobei das zweite Hohlradteil HR3B des dritten Planetenradsatzes RS3 über die zweite Bremse B2 festsetzbar ist.
Aufgrund der gewählten axialen Radsatzreihenfolge VRS-RS1-RS2-RS3 ergibt sich bei der zweiten Ausführungsvariante gemäß 2 eine breite Lagerbasis für die Getriebeausgangswelle 2. Durch die Koppelung des mit der Getriebeeingangswelle 1 verbundenen Planetenradträgers PTV des Vorschaltradsatzes VRS mit dem Sonnenrad SRV des Vorschaltradsatzes VRS über die Vorschaltfreilaufkupplung FV ergibt sich eine bauraumsparende Anordnung radial zwischen dem Sonnenrad SRV und der Getriebeeingangswelle 1.
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Eine dritte Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes als 16-Gang-Variante ist in 3 dargestellt, bei der in axialer Reihenfolge der erste Planetenradsatz RS1, der zweite Planetenradsatz RS2, der dritte Planetenradsatz RS3 und ein Nachschaltradsatz NRS jeweils als Minus-Planetenradsatz vorgesehen sind. Die gewählte axiale Radsatzreihenfolge RS1-RS2-RS3-NRS ermöglicht niedrigere Eingangsdrehzahlen bei den drei Planetenradsätzen RS1, RS2, RS3.
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Im Detail ist bei der dritten Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Getriebeeingangswelle 1 mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist, wobei das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit einem Planetenradträger PTN des Nachschaltradsatzes NRS verbunden ist und wobei das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist. Ferner ist das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die erste Bremse B1 festsetzbar, wobei das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die erste Freilaufkupplung F1 mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist und wobei das Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist. Ferner ist das Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über die zweite Bremse B2 festsetzbar, wobei das Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über die zweite Freilaufkupplung F2 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist. Das geteilte Sonnenrad SR3A, SR3B des dritten Planetenradsatzes RS3 ist mit dem ersten Sonnenradteil SR3A über die dritte Bremse B3 festsetzbar und mit dem zweiten Sonnenradteil SR3B des dritten Planetenradsatzes RS3 über die dritte Freilaufkupplung F3 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar. Ein Sonnenrad SRN des Nachschaltradsatzes NRS ist über die Nachschaltbremse BN festsetzbar, wobei das Sonnenrad SRN des Nachschaltradsatzes NRS über die Nachschaltfreilaufkupplung FN mit dem Hohlrad HRN des Nachschaltradsatzes NRS zur Verblockung verbindbar ist und wobei das Hohlrad HRN des Nachschaltradsatzes NRS mit der Getriebeausgangswelle 2 verbunden ist.
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Ebenso wie bei der ersten Ausführungsvariante ist auch bei der dritten Ausführungsvariante ein geteiltes Sonnenrad SR3A, SR3B vorgesehen, welches gegenüber einem geteilten Hohlrad HR3A, HR3B einen geringeren Bauaufwand realisiert. Durch die Verblockung von Sonnenrad SRN und Hohlrad HRN des Nachschaltradsatzes NRS über die Nachschaltfreilaufkupplung FN ergibt sich ein geringeres Stützmoment an der Nachschaltfreilaufkupplung FN im Vergleich zu anderen Verblockungsvarianten.
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Eine vierte Ausführungsvariante des Mehrstufengetriebes als 16-Gang-Variante ist in 4 dargestellt, bei der in axialer Reihenfolge der zweite Planetenradsatz RS2, der dritte Planetenradsatz RS3, der erste Planetenradsatz RS1 und der Nachschaltradsatz NRS jeweils als Minus-Planetenradsatz vorgesehen sind. Die gewählte axiale Radsatzreihenfolge RS2-RS3-RS1-NRS realisiert eine angenähert mittige Einleitung des Hauptmomentes über die Getriebeeingangswelle 1, welches eine akustische Entkopplung bei dem Mehrstufengetriebe optimiert. Durch die Verlagerung des Nachschaltradsatzes NRS nach außen radial innerhalb eines Kettenblattes des Fahrrades oder Pedelecs wird eine Baulängenreduzierung innerhalb des Tretlagergetriebes ermöglicht.
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Im Detail ist bei der vierten Ausführungsvariante vorgesehen, dass die Getriebeeingangswelle 1 mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist, wobei das Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist. Das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 ist mit dem Planetenradträger PTN des Nachschaltradsatzes NRS verbunden, wobei das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die erste Bremse B1 festsetzbar ist und wobei das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die erste Freilaufkupplung F1 mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist. Das Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist mit dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden, wobei das Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über die zweite Bremse B2 festsetzbar ist und wobei das Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über die zweite Freilaufkupplung F2 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist. Das geteilte Sonnenrad SR3A, SR3B des dritten Planetenradsatzes RS3 ist mit dem ersten Sonnenradteil SR3A über die dritte Bremse B3 festsetzbar und das zweite Sonnenradteil SR3B des dritten Planetenradsatzes RS3 ist über die dritte Freilaufkupplung F3 mit dem Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar. Das Hohlrad HRN des Nachschaltradsatzes NRS ist mit der Getriebeausgangswelle 2 verbunden, wobei das Sonnenrad SRN des Nachschaltradsatzes NRS über die Nachschaltbremse BN festsetzbar ist und wobei der Planetenradträger PTN des Nachschaltradsatzes NRS über die Nachschaltfreilaufkupplung FN mit dem Hohlrad HRN des Nachschaltradsatzes NRS zur Verblockung verbindbar ist.
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Bei der vierten Ausführungsvariante erfolgt somit eine Verblockung des Nachschaltradsatzes NRS durch die Verbindung von Planetenradträger PTN und Hohlrad HRN des Nachschaltradsatzes NRS über die Nachschaltfreilaufkupplung FN. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass bei offener Nachschaltbremse BN das Getriebeausgangsmoment direkt auf das Kettenblatt des Fahrrades oder Pedelecs geleitet wird, wobei der Nachschaltradsatz NRS lastfrei und somit statisch unbeaufschlagt bleibt.
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In 5 ist ein Schaltschema der ersten Ausführungsvariante gemäß 1 für die Gänge G1 bis G8 und für die zweite, dritte und vierte Ausführungsvariante gemäß 2 bis 4 für die Gänge G1 bis G16 beispielhaft dargestellt.
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Aus dem Schaltschema gemäß 5 ergibt sich für die vorbeschriebenen Ausführungsvarianten, dass zum Schalten eines ersten Ganges G1 die erste Bremse B1, die zweite Bremse B2, die dritte Bremse B3 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geöffnet sind, wobei die erste Freilaufkupplung F1, die zweite Freilaufkupplung F2, die dritte Freilaufkupplung F3 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Sperrrichtungszustand sind. Zum Schalten eines zweiten Ganges G2 sind die erste Bremse B1, die zweite Bremse B2 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geöffnet und die dritte Bremse B3 geschlossen, wobei die erste Freilaufkupplung F1, die zweite Freilaufkupplung F2 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Sperrrichtungszustand und die dritte Freilaufkupplung F3 im Überholtriebzustand sind. Zum Schalten eines dritten Ganges G3 sind die erste Bremse B1, die dritte Bremse B3 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geöffnet und die zweite Bremse B2 geschlossen, wobei die erste Freilaufkupplung F1, die dritte Freilaufkupplung F3 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Sperrrichtungszustand und die zweite Freilaufkupplung F2 im Überholtriebzustand sind. Zum Schalten eines vierten Ganges G4 sind die erste Bremse B1 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geöffnet und die zweite Bremse B2 und die dritte Bremse B3 geschlossen, wobei die erste Freilaufkupplung F1 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Sperrrichtungszustand und die zweite Freilaufkupplung F2 und die dritte Freilaufkupplung F3 im Überholtriebzustand sind. Zum Schalten eines fünften Ganges G5 sind die erste Bremse B1 geschlossen und die zweite Bremse B2, die dritte Bremse B3 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geöffnet, wobei die erste Freilaufkupplung F1 in Überholtriebzustand und die zweite Freilaufkupplung F2, die dritte Freilaufkupplung F3 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Sperrrichtungszustand sind. Zum Schalten eines sechsten Ganges G6 sind die erste Bremse B1 und die dritte Bremse B3 geschlossen und die zweite Bremse B2 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geöffnet, wobei die erste Freilaufkupplung F1 und die dritte Freilaufkupplung F3 im Überholtriebzustand und die zweite Freilaufkupplung F2 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Sperrrichtungszustand sind. Zum Schalten eines siebten Ganges G7 sind die erste Bremse B1 und die zweite Bremse B2 geschlossen und die dritte Bremse B3 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geöffnet, wobei die erste Freilaufkupplung F1 und die zweite Freilaufkupplung F2 im Überholtriebzustand und die dritte Freilaufkupplung F3 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Sperrrichtungszustand sind. Zum Schalten eines achten Ganges G8 sind die erste Bremse B1, die zweite Bremse B2 und die dritte Bremse B3 geschlossen und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geöffnet, wobei die erste Freilaufkupplung F1, die zweite Freilaufkupplung F2 und die dritte Freilaufkupplung F3 im Überholtriebzustand und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Sperrrichtungszustand sind. Zum Schalten eines neunten Ganges G9 sind die erste Bremse B1, die zweite Bremse B2 und die dritte Bremse B3 geöffnet und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geschlossen, wobei die erste Freilaufkupplung F1, die zweite Freilaufkupplung F2 und die dritte Freilaufkupplung F3 im Sperrrichtungszustand und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Überholtriebzustand sind. Zum Schalten eines zehnten Ganges G10 sind die erste Bremse B1 und die zweite Bremse B2 geöffnet und die dritte Bremse B3 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geschlossen, wobei die erste Freilaufkupplung F1 und die zweite Freilaufkupplung F2 im Sperrrichtungszustand und die dritte Freilaufkupplung F3 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Überholtriebzustand sind. Zum Schalten eines elften Ganges G11 sind die erste Bremse B1 und die dritte Bremse B3 geöffnet und die zweite Bremse B2 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geschlossen, wobei die erste Freilaufkupplung F1 und die dritte Freilaufkupplung F3 im Sperrrichtungszustand und die zweite Freilaufkupplung F2 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Überholtriebzustand sind. Zum Schalten eines zwölften Ganges G12 sind die erste Bremse B1 geöffnet und die zweite Bremse B2, die dritte Bremse B3 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geschlossen, wobei die erste Freilaufkupplung F1 im Sperrrichtungszustand und die zweite Freilaufkupplung F2, die dritte Freilaufkupplung F3 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Überholtriebzustand sind. Zum Schalten eines dreizehnten Ganges G13 sind die erste Bremse B1 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geschlossen und die zweite Bremse B2 und die dritte Bremse B3 geöffnet, wobei die erste Freilaufkupplung F1 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Überholtriebzustand und die zweite Freilaufkupplung F2 und die dritte Freilaufkupplung F3 im Sperrrichtungszustand sind. Zum Schalten eines vierzehnten Ganges G14 sind die erste Bremse B1, die dritte Bremse B3 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geschlossen und die zweite Bremse B2 geöffnet, wobei die erste Freilaufkupplung F1, die dritte Freilaufkupplung F3 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Überholtriebzustand und die zweite Freilaufkupplung F2 im Sperrrichtungszustand sind. Zum Schalten eines fünfzehnten Ganges G15 sind die erste Bremse B1, die zweite Bremse B2 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geschlossen und die dritte Bremse B3 geöffnet, wobei die erste Freilaufkupplung F1, die zweite Freilaufkupplung F2 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Überholtriebzustand und die dritte Freilaufkupplung F3 im Sperrrichtungszustand sind. Zum Schalten eines sechzehnten Ganges G16 sind die erste Bremse B1, die zweite Bremse B2, die dritte Bremse B3 und die Vorschalt- oder Nachschaltbremse BV, BN geschlossen, wobei die erste Freilaufkupplung F1, die zweite Freilaufkupplung F2, die dritte Freilaufkupplung F3 und die Vorschalt- oder Nachschaltfreilaufkupplung FV, FN im Überholtriebzustand sind.
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Somit ergeben sich die Übersetzungen und die Gangsprünge für die Gänge G1 bis G16. Die Gangsprünge sind vergleichbar mit dem favorisierten Gangsprung von etwa 1,066 bei einer Kettenschaltung, wenn am Zahnkranz vom 16-Zahn-Ritzel auf ein 15-Zahn-Ritzel gewechselt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebeeingangswelle bzw. Tretlagerkurbelwelle
- 2
- Getriebeausgangswelle
- B1
- erste Bremse
- B2
- zweite Bremse
- B3
- dritte Bremse
- BV
- Vorschaltbremse
- BN
- Nachschaltbremse
- F1
- erste Freilaufkupplung
- F2
- zweite Freilaufkupplung
- F3
- dritte Freilaufkupplung
- FV
- Vorschaltfreilaufkupplung
- FN
- Nachschaltfreilaufkupplung
- G1
- erster Gang
- G2
- zweiter Gang
- G3
- dritter Gang
- G4
- vierter Gang
- G5
- fünfter Gang
- G6
- sechster Gang
- G7
- siebter Gang
- G8
- achter Gang
- G9
- neunter Gang
- G10
- zehnter Gang
- G11
- elfter Gang
- G12
- zwölfter Gang
- G13
- dreizehnter Gang
- G14
- vierzehnter Gang
- G15
- fünfzehnter Gang
- G16
- sechzehnter Gang
- HR1
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- HR2
- Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- HR3
- Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
- HR3A
- erstes Hohlradteil des geteilten Hohlrades
- HR3B
- zweites Hohlradteil des geteilten Hohlrades
- HRV
- Hohlrad des Vorschaltradsatzes
- HRN
- Hohlrad des Nachschaltradsatzes
- PT1
- Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes
- PT2
- Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes
- PT3
- Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes
- PTV
- Planetenradträger des Vorschaltradsatzes
- PTN
- Planetenradträger des Nachschaltradsatzes
- RS1
- erster Planetenradsatz
- RS2
- zweiter Planetenradsatz
- RS3
- dritter Planetenradsatz
- VRS
- Vorschaltradsatz
- NRS
- Nachschaltradsatz
- SR1
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- SR2
- Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- SR3
- Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
- SR3A
- erstes Sonnenradteil des geteilten Sonnenrades
- SR3B
- zweites Sonnenradteil des geteilten Sonnenrades
- SRV
- Sonnenrad des Vorschaltradsatzes
- SRN
- Sonnenrad des Nachschaltradsatzes
- i01
- Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes
- i02
- Standübersetzung des zweiten Planetenradsatzes
- i03
- Standübersetzung des dritten Planetenradsatzes
- iOV
- Standübersetzung des Vorschaltradsatzes
- iON
- Standübersetzung des Nachschaltradsatzes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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