DE102022117401A1 - Planetary gearbox - Google Patents

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Abstract

Planeten-Schaltgetriebe auf einer zentralen Achse 6a montiert mit einer antriebsseitigen Hohlwelle 4a und einer abtriebsseitigen Nabenhülse 1 mit einem koaxial dazwischen angeordneten Planetengetriebe NSG, welches ein Sonnenrad und über einen zugehörigen Planetenträger miteinander verbundene Planetenräder sowie ein Hohlrad umfasst, welches jeweils in mittels Kupplungen bei wechselseitiger Umschaltung des An- und Abtriebes entweder in einen Blockumlauf oder einen Über- oder Untersetzungsmodus schaltbar ist, wobei das Planetengetriebe NSG bei permanenter Achsfestlegung seines Sonnenrades SR mit nur vier Kupplungen K50, K60, K80, K90 bei der wechselseitigen Umschaltung des An- und Abtriebes jeweils entweder in einen langsamen, einen schnellen oder einen direkten Modus geschaltet ist.

Figure DE102022117401A1_0000
Planetary gearbox mounted on a central axis 6a with a hollow shaft 4a on the drive side and a hub sleeve 1 on the output side with a planetary gear NSG arranged coaxially between them, which includes a sun gear and planetary gears connected to one another via an associated planetary carrier, as well as a ring gear, each of which is in a reciprocal manner by means of clutches Switching of the input and output can be switched either into a block circulation or a step-up or reduction mode, with the planetary gear NSG permanently fixing the axis of its sun gear SR with only four clutches K50, K60, K80, K90 for the alternating switching of the input and output respectively is switched to either slow, fast or direct mode.
Figure DE102022117401A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Planeten-Schaltgetriebe, das auf einer zentralen Achse montiert, eine antriebsseitige Hohlwelle und eine abtriebsseitige Nabenhülse aufweist, zwischen denen koaxial ein Planetengetriebe angeordnet ist, das aus einem Sonnenrad und über einen Planetenträger miteinander verbundene Planetenräder sowie einem Hohlrad besteht, und jeweils mittels Kupplungen bei wechselseitiger Umschaltung des An- und Abtriebes entweder in einen Blockumlauf oder einen Über- oder Untersetzungsmodus schaltbar ist.The invention relates to a planetary gearbox, which is mounted on a central axis, has a drive-side hollow shaft and an output-side hub sleeve, between which a planetary gear is arranged coaxially, which consists of a sun gear and planet gears connected to one another via a planet carrier, as well as a ring gear, and each can be switched to either a block circulation or a step-up or step-down mode by means of clutches with alternating switching of the input and output.

Das Planeten-Schaltgetriebe ist insbesondere für ein- oder mehrspurige, pedalgetriebene Fahrzeuge vorgesehen, wobei es auf einer zentralen Achse montiert ist und eine antriebsseitige Hohlwelle sowie eine abtriebsseitige Nabenhülse aufweist, zwischen denen ein mehrstufige Getriebe angeordnet ist.The planetary gearbox is intended in particular for single- or multi-track, pedal-driven vehicles, being mounted on a central axle and having a hollow shaft on the drive side and a hub sleeve on the output side, between which a multi-stage gearbox is arranged.

Ein derartiges Getriebe ist als ein Teilgetriebe eines Neunganggetriebes aus der WO 2019 192 634 A1 bekannt, wie in 3 gezeigt. Ein erstes dabei links in der 3 gezeigtes Getriebe besteht aus einem Steg mit Zweifachstufenplaneten und einem Hohlrad mit einer Seitenwand und zwei Sonnenrädern, die mit den korrespondierenden Planeten kämmen. Sein Steg wird von einem Antreiber, auf dem ein Ritzel drehfest befestigt ist, angetrieben. Der Abtrieb des ersten Getriebes erfolgt über das Hohlrad. Wird das Getriebe im Blockumlauf betrieben, so erhält man den direkten Gang mit i_1 = 1. Die Übersetzung mit i_2 = 1/1,24 = 0,8065 erhält man, wenn das kleinere der beiden Sonnenräder achsfest gesetzt ist. Die Übersetzung mit i_3 = 1/1,537 = 0,65 erhält man, wenn das größere der beiden Sonnenräder festgesetzt ist. Somit übersetzt das Getriebe ins Schnelle. Das zweite Getriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Gangsprung von 91% bestehend aus einem Hohlrad, einem Mehrfachplaneten mit unterschiedlichen Zähnezahlen und einem Sonnenrad, welches mit dem kleineren der beiden Planeten im Eingriff steht. Das Sonnenrad wird mittels einer bidirektionalen Kupplung drehfest gesetzt und freigegeben. Eine bidirektionale Kupplung ist vorgesehen, da beim Wechsel von An- und Abtrieb sich das Reaktionsmoment umkehrt. Die Übersetzung ins Langsame wird realisiert, indem das Hohlrad angetrieben wird und der Abtrieb über den Steg erfolgt. Der Direktgang wird beispielsweise über das Schließen der beiden Hohlradkupplungen realisiert, welche mit ihren Seitenwänden dreh- und axialfest verbunden sind. Dabei wird das Sonnenrad durch Öffnen der Sonnenradkupplung freigegeben. Die Übersetzung ins Schnelle wird realisiert, indem der Steg angetrieben wird und der Abtrieb über das Hohlrad erfolgt. Zum Schalten des ersten Getriebes dienen drei Axialkupplungen und des zweiten Teilgetriebes fünf Axialkupplungen.Such a transmission is designed as a partial transmission of a nine-speed transmission WO 2019 192 634 A1 known, as in 3 shown. A first one on the left in the 3 The transmission shown consists of a web with two-stage planets and a ring gear with a side wall and two sun gears that mesh with the corresponding planets. Its web is driven by a driver on which a pinion is non-rotatably attached. The output of the first gear occurs via the ring gear. If the transmission is operated in block rotation, the direct gear is obtained with i_1 = 1. The gear ratio with i_2 = 1/1.24 = 0.8065 is obtained if the smaller of the two sun gears is fixed to the axle. The gear ratio with i_3 = 1/1.537 = 0.65 is obtained when the larger of the two sun gears is fixed. This means the transmission speeds up. The second gear is a planetary gear with a gear ratio of 91% consisting of a ring gear, a multiple planet with different numbers of teeth and a sun gear, which meshes with the smaller of the two planets. The sun gear is set and released in a rotationally fixed manner using a bidirectional clutch. A bidirectional clutch is provided because the reaction torque is reversed when changing input and output. The translation into slow speed is achieved by driving the ring gear and the output takes place via the web. Direct gear is achieved, for example, by closing the two ring gear clutches, which are connected to their side walls in a rotationally and axially fixed manner. The sun gear is released by opening the sun gear clutch. The translation into high speed is achieved by driving the web and the output via the ring gear. Three axial clutches are used to shift the first gearbox and five axial clutches for the second partial gearbox.

Nachteilig an dieser Ausführung im Neunganggetriebe ist, dass die Steuerung dieser Getriebestufe nicht symmetrisch ausgeführt ist, was sehr viele verschiedene, teils komplizierte, Bauteile erforderlich macht. Die in zwei Richtungen wirkende Sonnenradkupplung beansprucht einen relativ großen axialen Bauraum. Die Anfederungen der Kupplungen sind aus Platzgründen nicht unabhängig von benachbarten Kupplungen ausführbar, was bedeutet, dass die Federn das Doppelte des Schalthubes einer Kupplung ausführen müssen, was zu relativ großen Kraftänderungen führt. Die Schließkräfte sind genau dann am kleinsten, wenn die Kupplungen geschlossen gehalten werden sollen.The disadvantage of this version in the nine-speed transmission is that the control of this gear stage is not designed symmetrically, which requires a lot of different, sometimes complicated, components. The sun gear clutch, which acts in two directions, takes up a relatively large axial space. For reasons of space, the springs of the clutches cannot be carried out independently of neighboring clutches, which means that the springs have to carry out twice the switching stroke of a clutch, which leads to relatively large changes in force. The closing forces are smallest when the couplings are to be kept closed.

Weiterhin ist aus der WO 2019 086 064 A1 ein Antriebsstrang bekannt, dessen erstes Getriebe ein Tretlagerschaltgetriebe ist und dessen zweites Getriebe das Nachschaltgetriebe ist, das drei Gänge bereitstellt und in der Hinterradnabe untergebracht ist. Dieses zweite Getriebe, das Nachschaltgetriebe, besteht gemäß der dortigen Tabelle 1 aus zwei gleichen zueinander gespiegelt angeordneten Planetengetrieben, bestehend aus jeweils einem Hohlrad, einem Sonnenrad und Zweifachstufenplaneten, die über drehfest verbundene Stege gekoppelt sind. Das erste Teilgetriebe dieses Nachschaltgetriebes ist ein Untersetzungsgetriebe mit ca. i_4 = 1,24 hoch 3 = 1,91 und das zweite Teilgetriebe ist ein Untersetzungsgetriebe mit i_6 = 1/i_4 = 0,5245. Der direkte Gang mit i_5 = 1 stellt sich ein, wenn beide Teilgetriebe als Block umlaufen.Furthermore, from the WO 2019 086 064 A1 a drive train is known, the first gearbox is a bottom bracket gearbox and the second gearbox is the downstream gearbox, which provides three gears and is housed in the rear wheel hub. According to Table 1 there, this second gearbox, the downstream gearbox, consists of two identical planetary gearboxes arranged mirrored to one another, each consisting of a ring gear, a sun gear and two-stage planets, which are coupled via webs connected in a rotationally fixed manner. The first sub-gear of this downstream transmission is a reduction gear with approx. i_4 = 1.24 to the power of 3 = 1.91 and the second sub-gear is a reduction gear with i_6 = 1/i_4 = 0.5245. The direct gear with i_5 = 1 occurs when both partial transmissions rotate as a block.

Nachteilig an dieser Ausführung eines Antriebsstranges ist, dass zwei identische Getriebe im Hinterradnabengetriebe verwendet werden, was mit der doppelten Anzahl von Getriebeteilen mit entsprechend hohen Kosten und einer im Fahrradbereich problematisch großen Masse einhergeht.The disadvantage of this design of a drive train is that two identical gears are used in the rear wheel hub gear, which is accompanied by twice the number of gear parts with correspondingly high costs and a mass that is problematically large in the bicycle sector.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend bezeichneten Getriebe bei annähernd gleicher Schaltstufung wesentlich zu vereinfachen und entsprechend Gewicht, Kosten und Baubreite einzusparen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, vorteilhafte Anordnungen des neuartigen Getriebes mit verschiedenen Vorschaltgetrieben zu offenbaren.It is the object of the present invention to significantly simplify the transmissions described above with approximately the same gear ratio and to correspondingly save weight, costs and overall width. A further object of the present invention is to disclose advantageous arrangements of the novel transmission with different primary transmissions.

Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Lösung finden sich in den jeweils abhängigen Ansprüchen.The task is solved according to the features of independent claim 1. Further advantageous embodiments of the solution can be found in the respective dependent claims.

Die Lösung besteht gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 darin, dass das Planetengetriebe bei permanenter Achsfestlegung seines einzigen Sonnenrades mit nur vier der Kupplungen, die symmetrisch zu diesem Sonnenrad angeordnet sind, bei ihrer wechselseitigen Umschaltung des An- und Abtriebes jeweils entweder in einen langsamen, einen schnellen oder einen direkten Modus geschaltet ist.The solution according to independent claim 1 is that the planetary gear with permanent axis fixation of its single sun gear with only four of the clutches, which are arranged symmetrically to this sun gear, when they alternately switch the input and output either into a slow or a fast one or a direct mode is switched.

Durch diese jeweils geschaltete Umkehr des Planetengetriebes entfällt vergleichsweise zur Version im Stand der Technik ein zweites Sonnenrad samt zugehörigem Steg, Planetenrädern mit deren Achsen und Lagern und ein Hohlrad, dessen Ansteuerung und somit auch eine Abstützung deren Kupplungsfeder an einer weiteren Kupplungsfeder einer Planetenträger-Kupplung.This switched reversal of the planetary gear means that, compared to the version in the prior art, there is no need for a second sun gear with the associated web, planetary gears with their axes and bearings and a ring gear, its control and thus also a support for its clutch spring on a further clutch spring of a planet carrier clutch.

Betrachtet man vergleichsweise die Ausführung der vorbekannten Neunganganordnung gemäß 3, mit derjenigen nach 2, die das Getriebe nach 1 umfasst, so werden die neun Gänge neuerlich insgesamt mit nur sieben Kupplungen geschaltet, indem an dem einzigen achsfesten Sonnenrad des neuartigen Getriebes jegliche Kupplung mit ihren Ansteuermitteln, nämlich einer Kupplungsscheibe mit Steuerfingern, einer Kupplungsscheibe mit außen liegender Steckverzahnung, die axial beweglich und drehfest im Sonnenrad angeordnet wäre und eine zugehörige Steuernut in einem Steuerzylinder sowie eine Andruckfeder entfallen. Die vier Kupplungen des zweiten Getriebes mit ihren Ansteuermitteln und die zwei zugehörigen An- und Abtreiberhülsen sind symmetrisch zum Planetengetriebe ausgebildet und sind deshalb als Wiederholteile günstig zu fertigen. Die Symmetrie ist auch für die Druckfedern der Kupplungen gegeben. Vorteilhaft sind die beiden Federn der Planetenträger-Kupplungen am achsfesten Sonnenrad abgestützt, da nunmehr der bewegliche Teil der Stegkupplungen K60 und K80 sich im Steg befinden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nunmehr die Anfederungen unabhängig voneinander ausgeführt sind, d.h., dass nur noch der Kupplungshub einer, satt deren zweier Kupplungen von den Federn ausgeführt werden muss.If you look comparatively at the design of the previously known nine-speed arrangement 3 , with the one after 2 that the gearbox after 1 includes, the nine gears are again switched with a total of only seven clutches, by having any clutch with its control means on the single axle-fixed sun gear of the new transmission, namely a clutch disc with control fingers, a clutch disc with external splines, which are axially movable and non-rotatable in the sun gear would be arranged and an associated control groove in a control cylinder and a pressure spring would be eliminated. The four clutches of the second gear with their control means and the two associated driver and driver sleeves are designed symmetrically to the planetary gear and are therefore inexpensive to manufacture as repeat parts. The symmetry is also present for the compression springs of the couplings. The two springs of the planet carrier clutches are advantageously supported on the sun gear fixed to the axle, since the movable part of the web clutches K60 and K80 are now located in the web. Another advantage is that the springs are now designed independently of each other, meaning that only the clutch stroke of one clutch, rather than the two clutches, has to be carried out by the springs.

Die Erfindung wird anhand der 1 und 2 beschrieben, wobei die Bezugszeichen der Bauteile analog zu deren Funktion gemäß derjenigen in 3, die aus dem Stand der Technik WO 2019 192 634 A1 entnommen ist, verwendet werden.The invention is based on the 1 and 2 described, with the reference numbers of the components analogous to their function according to that in 3 , which are from the prior art WO 2019 192 634 A1 removed can be used.

Ein in der 1 dargestelltes Nabengetriebe umfasst eine Nabenhülse 1, die mittels eines Wälzlagers auf einem Antreiber 4a und einem weiteren auf einer Achse 6a gelagert ist. Auf dem Antreiber 4a befindet sich, drehfest aber lösbar mit diesem verbunden, ein Antriebsritzel 2 für einen Riemen- oder Kettenantrieb. Ein weiteres Wälzlager lagert den Antreiber 4a auf der Achse 6a. Der Antreiber 4a ist durch Kupplungen K50 und K60 wechselweise mit einem Hohlrad HR oder einem Planetenträger 8 verbunden. Abtriebsseitige Kupplungen K80, K90 verbinden wechselseitig einen Steg 8 bzw. das Hohlrad HR mit einer Abtreiberhülse 4d und dadurch mit der Nabenhülse 1.An Indian 1 Hub gear shown comprises a hub sleeve 1, which is mounted by means of a roller bearing on a driver 4a and another on an axle 6a. On the driver 4a there is a drive pinion 2 for a belt or chain drive, which is non-rotatably but detachably connected to it. Another roller bearing supports the driver 4a on the axis 6a. The driver 4a is alternately connected to a ring gear HR or a planet carrier 8 by clutches K50 and K60. Output-side clutches K80, K90 alternately connect a web 8 or the ring gear HR with a driver sleeve 4d and thereby with the hub sleeve 1.

2 zeigt die Anordnung des neuartigen Planetengetriebes NSG mit einem Eingangs- oder Vorschaltgetriebe EG in der gleichen Nabe. Sie umfasst eine Nabenhülse 1, die mittels eines Wälzlagers auf dem Antreiber 4a und einem weiteren Wälzlager auf der Achse 6a gelagert ist. Auf dem Antreiber 4a befindet sich drehfest aber lösbar mit diesem verbunden ein Antriebsritzel 2 für einen Riemen- oder Kettentrieb. 2 shows the arrangement of the new planetary gear NSG with an input or primary gear EG in the same hub. It comprises a hub sleeve 1, which is mounted by means of a rolling bearing on the driver 4a and another rolling bearing on the axis 6a. On the driver 4a there is a drive pinion 2 for a belt or chain drive, which is connected to it in a rotationally fixed but detachable manner.

Der Antreiber 4a ist mit dem Steg eines dreistufigen Eingangsgetriebes EG, das durch drei Kupplungen K20, K30, K40 zu steuern ist, verbunden. Das abtriebsseitige Hohlrad HR ist mit einer Antreiberhülse 4b verbunden, die über zwei Kupplungen K50, K60 ein dreistufiges Nachschaltgetriebe NSG ansteuert. Innerhalb der Achse 6a befindet sich eine Schalttrommel 6b, auf der sich Nuten 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 befinden, in die Schaltfinger eingreifen. Diese sind einerseits jeweils mit einer der Kupplungen K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90 direkt oder indirekt verbunden, und andererseits greifen sie die durch axiale führende Langlöcher in der Achse 6a in die Nuten 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 ein. Die Nuten 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 sind so ausgebildet, dass die vorgesehenen Bewegungen der Schaltfinger zur Schaltung der Kupplungen K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90 zur Einstellung der einzelnen Gänge dann ausgeführt werden, wenn die Schalttrommel 6b jeweils in eine der neun Gangstellungen gedreht ist, indem jeweils ausgewählte Schaltfinger die zugehörigen Kupplungen K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90 entgegen einer Schließkraft, insbesondere einer Feder öffnen.The driver 4a is connected to the web of a three-stage input transmission EG, which is to be controlled by three clutches K20, K30, K40. The output-side ring gear HR is connected to a drive sleeve 4b, which controls a three-stage downstream transmission NSG via two clutches K50, K60. Within the axis 6a there is a switching drum 6b, on which there are grooves 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94, into which switching fingers engage. On the one hand, these are directly or indirectly connected to one of the couplings K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90, and on the other hand, they engage through axially leading elongated holes in the axis 6a in the grooves 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 a. The grooves 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 are designed so that the intended movements of the shift fingers for shifting the clutches K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90 for adjusting the individual gears are then carried out , when the shift drum 6b is rotated into one of the nine gear positions by selected shift fingers opening the associated clutches K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90 against a closing force, in particular a spring.

Es sind jeweils zwei vollständige Steuerungsstrukturen aus den Nuten 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 auf jeweils 180° des Umfangs der Schalttrommel eingebracht, so dass jeweils zwei gegenüberliegende Schaltfinger die Kupplungsscheiben parallel ansteuern, wodurch eine Schalthemmung durch ein Kippen derselben vermieden wird.There are two complete control structures from the grooves 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 each at 180 ° of the circumference of the switching drum, so that there are two opposite switching fins ger control the clutch discs in parallel, which prevents shifting inhibition due to them tilting.

Das neuartig ausgebildete Nachschaltgetriebe NSG umfasst eine Antreiberhülse 4b mit einer Innen- und Außenverzahnung und für jede Kupplung K50, K60, K80, K90 zwei oder drei um 180° bzw. 120° versetzte Langlöcher 4c. Eine Abtreiberhülse 4d weist eine ähnliche Struktur mit Verzahnungen und Langlöchern auf.The newly designed downstream transmission NSG includes a drive sleeve 4b with internal and external teeth and two or three elongated holes 4c offset by 180° or 120° for each clutch K50, K60, K80, K90. An abortion sleeve 4d has a similar structure with teeth and elongated holes.

Die folgenden Tabellen zeigen Anwendungsbeispiele für das neuartig ausgebildete Nachschaltgetriebe. Die Tabellen 2, 3 und 4 verdeutlichen, dass Tretlagergetriebe oder Vorschaltgetriebe mit verschiedenen Gangzahlen und Gangsprüngen mit demselben Nachschaltgetriebe kombiniert werden können. Beim Tretlagergetriebe besteht die Möglichkeit einer Einspeisung in einen Motorantrieb.The following tables show application examples for the newly designed downstream transmission. Tables 2, 3 and 4 make it clear that bottom bracket gears or primary gearboxes with different numbers of gears and gear steps can be combined with the same downstream gearbox. With the bottom bracket gear there is the possibility of feeding into a motor drive.

In der folgenden Tabelle 1 sind die Zähnezahlen der Getrieberäder HR, PR, SR, die zugehörigen Übersetzungsverhältnisse i und die Gangsprünge s sowie die in den Gängen Gn, n = 1 ...9, geschalteten Kupplungen K20, ... K90 für ein Neunganggetriebe angegeben.Table 1 below shows the number of teeth of the gear wheels HR, PR, SR, the associated gear ratios i and the gear jumps s as well as the clutches K20, ... K90 switched in the gears Gn, n = 1 ... 9, for a nine-speed transmission specified.

In Tabelle 2 ist eine Konfiguration zur WO 2019 086 064 A1 ebenfalls für ein Neungang-Antriebsstrang angegeben, wobei das Eingangsgetriebe zum Tretlager verschoben ist.Table 2 shows a configuration WO 2019 086 064 A1 also specified for a nine-speed drivetrain, with the input gear shifted to the bottom bracket.

In Tabelle 3 ist eine weitere Konfiguration zur WO 2019 086 064 A1 für einen Zwölfgang-Antriebsstrang angegeben, wobei das Viergangtretlagergetriebe nur ins Schnelle übersetzt.Table 3 shows another configuration WO 2019 086 064 A1 specified for a twelve-speed drivetrain, whereby the four-speed bottom bracket gearbox only translates into high speed.

In Tabelle 4 ist eine weitere Konfiguration zur WO 2019 086 064 A1 für einen Fünfzehngang-Antriebsstrang angegeben, wobei das Fünfgang-Tretlagergetriebe nur in einem Gang mit lediglich etwa 13.7% ins Langsame übersetzt und damit nur unwesentlich die Zugkräfte auf dem Zugmittel gegenüber dem direkten Gang erhöht.

Figure DE102022117401A1_0001
Figure DE102022117401A1_0002
Figure DE102022117401A1_0003
Figure DE102022117401A1_0004
Table 4 shows another configuration WO 2019 086 064 A1 specified for a fifteen-speed drive train, whereby the five-speed bottom bracket gearbox only translates into slow speed in one gear with only about 13.7% and thus only slightly increases the tractive forces on the traction device compared to the direct gear.
Figure DE102022117401A1_0001
Figure DE102022117401A1_0002
Figure DE102022117401A1_0003
Figure DE102022117401A1_0004

In den Figuren sind die folgenden Symbole zur Veranschaulichung benutzt. Symbolliste:

Figure DE102022117401A1_0005
Schiebering mit Schaltfinger und Außenbund, axial verschiebbar, Rotation auf einer Welle oder Achse durch Innenverzahnung blockiert.
Figure DE102022117401A1_0006
 Schiebering mit Innenbund, axial verschiebbar, Rotation in einer Welle oder Achse durch Außenverzahnung blockiert.
Figure DE102022117401A1_0007
 Langloch in einer Hohlachse oder Hohlwelle, um einen Zylinderstift durchgreifen zu lassen, dargestellt durch fehlende Schraffur und nach außen gerichteten, eckigen Klammern.
Figure DE102022117401A1_0008
 Umlaufende Nut in der Schaltwelle zur Führung und axialen Bewegung der Zylinderstifte.
Figure DE102022117401A1_0009
 Rücklaufsperre oder Mitnehmerkupplung; gekoppelt in Drehrichtung des Antreibers
Figure DE102022117401A1_0010
 Mitlaufsperre, gekoppelt gegen die Drehrichtung des Antreibers
Figure DE102022117401A1_0011
 Sperren, axial verschiebbar mit Schaltfinger, durch Innenverzahnung drehfest
Figure DE102022117401A1_0012
 Sperren, mittels Sicherungsringen axial festgesetzt, durch Innenverzahnung drehfest The following symbols are used for illustration in the figures. Symbol list:
Figure DE102022117401A1_0005
 Sliding ring with switching finger and outer collar, axially movable, rotation on a shaft or axis blocked by internal teeth.
Figure DE102022117401A1_0006
 Sliding ring with inner collar, axially movable, rotation in a shaft or axis blocked by external teeth.
Figure DE102022117401A1_0007
 Elongated hole in a hollow axle or hollow shaft to allow a cylinder pin to pass through, shown by missing hatching and outward-facing square brackets.
Figure DE102022117401A1_0008
 Circumferential groove in the switching shaft for guiding and axial movement of the cylinder pins.
Figure DE102022117401A1_0009
 Backstop or driver clutch; coupled in the direction of rotation of the driver
Figure DE102022117401A1_0010
 Track lock, coupled against the direction of rotation of the driver
Figure DE102022117401A1_0011
 Locking, axially movable with switching finger, rotation-proof due to internal toothing
Figure DE102022117401A1_0012
 Locks, axially fixed using locking rings, rotation-proof due to internal teeth

Das Neungangnabengetriebe wird vorzugsweise ausschließlich mit Axialkupplungen geschaltet. Eine Kupplung wird von zwei sich gegenüberliegenden mittels der beschriebenen Zwischenglieder zu betätigenden Scheiben mit in einer Richtung wirkenden, auf einem Kreisring senkrecht zur Rotationsachse aufgebrachten, axial wirkenden, Sperrverzahnungen gebildet. Im Folgenden wird eine Kupplung, welche einen Blockumlauf auslöst, „Blocksperre“ genannt, welche den Mitlauf des Sonnenrades bei einem Antrieb durch den Planetenträger verhindert, „Mitlaufsperre“ genannt und welche den Rücklauf eines Sonnenrades beim Antrieb durch das Hohlrad verhindert, „Rücklaufsperre“ genannt. Mitlauf bedeutet dann gleicher Drehsinn wie das antreibende Riemen- oder Kettenrad. Soll mit gleichem Drehsinn Drehmoment übertragen werden, wird der Begriff „Mitnehmer“ benutzt. Danach sind die Kupplungen K50, K60, K80, K90 Mitnehmer, die Kupplungen K30 und K40 Rücklaufsperren und die Kupplung K20 eine Blocksperre.The nine-speed hub gear is preferably switched exclusively with axial clutches. A clutch is formed by two opposing disks which are to be actuated by means of the intermediate links described and have axially acting locking teeth which act in one direction and are applied to a circular ring perpendicular to the axis of rotation. In the following, a clutch that triggers a block rotation is called a "block lock", which prevents the sun gear from rotating when driven by the planet carrier, is called a "track lock" and which prevents a sun gear from running back when driven by the ring gear, called a "backstop". . Co-rotation then means the same direction of rotation as the driving belt or chain wheel. If torque is to be transmitted with the same direction of rotation, the term “driver” is used. After that, the clutches K50, K60, K80, K90 are drivers, the clutches K30 and K40 are backstops and the clutch K20 is a block lock.

Die Kupplungsteile sind in der Reihenfolge, in der sie auf der Achse 6a von der Antriebsseite aus aufeinander folgen, in Zehnerschritten, jeweils beginnend mit 20 durchnummeriert. Das Eingangsgetriebe EG entspricht dem in der 3, die zum Stand der Technik gehört.The coupling parts are numbered in increments of ten, each starting with 20, in the order in which they follow one another on axis 6a from the drive side. The EG input gear corresponds to that in the 3 , which is part of the state of the art.

Die Kupplung K20 schaltet den Blockumlauf des Eingangsgetriebes EG, indem das Sonnenrad mit dem Antreiber 4a und damit dem Planetenträger drehfest verbunden oder wieder gelöst wird.The clutch K20 switches the block circulation of the input gear EG by connecting or releasing the sun gear with the driver 4a and thus the planet carrier in a rotationally fixed manner.

Die Kupplung K20 schaltet die Gänge 1, 4, 7. Die Blocksperre greift in das mit der Sonne fest verbundene Gegenstück und hindert das Sonnenrad am Überholen des Planetenträgers. Die weiteren Bestandteile sind eine Schließfeder, die sich im Antreiber abstützt, sowie ein Schiebering mit einem Schaltfinger der von der zugehörigen Nut 24 gesteuert wird.The K20 clutch shifts gears 1, 4, 7. The block lock engages with the counterpart, which is firmly connected to the sun, and prevents the sun gear from overtaking the planet carrier. The other components are a closing spring, which is supported in the driver, and a sliding ring with a switching finger which is controlled by the associated groove 24.

Die Kupplung K30 ist eine Mitlaufsperre und schaltet den zweiten Gang des Eingangsgetriebes EG, indem das kleinere Sonnenrad achsfest gesetzt wird. Die Kupplung K30 schaltet die Gänge 2, 5, 8 des Gesamtgetriebes.The clutch K30 is a tracking lock and switches the second gear of the input gear EG by fixing the smaller sun gear to the axle. The K30 clutch shifts gears 2, 5 and 8 of the overall transmission.

Die Kupplung K40 ist eine Mitlaufsperre und schaltet den dritten Gang des Eingangsgetriebes EG, indem das größere Sonnenrad achsfest gesetzt wird. Sie schaltet die Gänge 3, 6, 9 des Gesamtgetriebes. Das Sonnenrad ist als Ring mit einer Innenverzahnung ausgebildet, in der das als Mitlaufsperre ausgebildete Kupplungsteil drehfest aber axial verschiebbar geführt ist. Das Gegenstück weist eine Innenverzahnung auf, die dieses drehfest mit der Achse 6a verbindet. Sicherungsringe verhindern eine axiale Bewegung. Ein Schiebering mit einem Schaltfinger wird von der Nut 44 gesteuert. Die Schließfeder stützt sich an einem in die Achse 6a eingelassenen Sicherungsring ab.The K40 clutch is a tracking lock and switches the third gear of the input gear EG by fixing the larger sun gear to the axle. It shifts gears 3, 6 and 9 of the overall transmission. The sun gear is designed as a ring with internal teeth in which the coupling part designed as a follower lock is guided in a rotationally fixed but axially displaceable manner. The counterpart has internal teeth that connect it to the axis 6a in a rotationally fixed manner. Retaining rings prevent axial movement. A sliding ring with a switching finger is controlled by the groove 44. The closing spring is supported on a locking ring embedded in the axis 6a.

Im neuartigen Nachschaltgetriebe NSG treten drei Schaltkombinationen auf: There are three switching combinations in the new NSG downstream transmission:

Die Kupplungen K50 und K80 sind geschlossen; das Hohlrad HR wird angetrieben, das Sonnenrad SR ist festgesetzt und der Planetenträger 8 ist über die Kupplung K80 mit der Abtreiberhülse 4d ausgangsseitig verbunden. Es ergibt sich eine Übersetzung von 1,912 ins Langsame.The clutches K50 and K80 are closed; the ring gear HR is driven, the sun gear SR is fixed and the planet carrier 8 is connected on the output side to the driver sleeve 4d via the clutch K80. This results in a translation of 1.912 to slow.

Die Kupplungen K50 und K90 sind geschlossen, wobei der Antrieb durchgehend mit der Abtreiberhülse 4d verbunden ist. Das Getriebe läuft im Leerlauf mit.The clutches K50 and K90 are closed, with the drive being continuously connected to the driver sleeve 4d. The transmission runs at idle.

Die Kupplungen K60 und K90 sind geschlossen. Der Antrieb ist auf den Planetenträger 8 geschaltet und wird vom Planetenrad PR untersetzend über das Hohlrad HR mit der Abtreiberhülse 4d an die Nabenhülse 1 ausgegeben. Die Übersetzung beträgt 0,523 ins Schnelle.The couplings K60 and K90 are closed. The drive is connected to the planet carrier 8 and is output from the planet gear PR to the hub sleeve 1 via the ring gear HR with the driver sleeve 4d. The translation is 0.523 to fast.

Im vierten Gang findet keine verlustbehaftete Wälzreibung der Getrieberäder unter Last statt, und in den Gängen 1, 5 und 7 ist jeweils nur ein Rädersatz kämmend. Das Getriebe arbeitet also mit hohem Wirkungsgrad. Außerdem ist es schmaler und leichter als das in 2 gezeigte vorbeschriebene, und es ist material- und kostensparender herzustellen, dank der Einsparung einer Kupplungsbaugruppe am Sonnenrad SR.In fourth gear there is no lossy rolling friction of the gear wheels under load, and in gears 1, 5 and 7 only one set of wheels is meshing. The transmission therefore works with high efficiency. It is also narrower and lighter than the in 2 shown above, and it is more material and cost-effective to produce, thanks to the elimination of a clutch assembly on the sun gear SR.

In der eingangs beschriebenen vorbekannten Patentanmeldung WO 2019 192 634 A1 sind ebenso wie in den dort gewürdigten Dokumenten über weitere bekannte Nabengetriebe mit verschiedenen Kupplungen keines mit nur sieben Kupplungen dargestellt worden. Die Einsparung führte zudem zu Vereinfachungen und weiterer Einsparungen durch die Verwendung jeweils gleichartig gesteuerter Kupplungen. Die nunmehr eingesparte, bidirektional wirkende Sonnenradkupplung wurde offensichtlich als essenziell betrachtet, da ihre Funktion für sechs Schaltkombinationen abgehandelt wurde. Die Möglichkeit ganz auf sie zu verzichten, blieb jedoch völlig außer Betracht.In the previously known patent application described at the beginning WO 2019 192 634 A1 Just like in the documents honored there about other known hub gears with different clutches, none were shown with only seven clutches. The savings also led to simplifications and further savings through the use of clutches controlled in the same way. The bidirectional sun gear clutch, which has now been eliminated, was obviously considered essential, as its function for six switching combinations was discussed. However, the possibility of doing without them completely was completely ignored.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
Nabenhülsehub sleeve
22
Ritzelpinion
4a4a
AntreiberDriver
4b4b
AntreiberhülseDriver sleeve
4c4c
Langlöcher in 4bElongated holes in 4b
4d4d
AbtreiberhülseAbortion sleeve
4e4e
Langlöcher in 4dElongated holes in 4d
6a6a
Achseaxis
6b6b
Schalttrommelswitching drum
88th
Planetenträger in NSGPlanet carrier in NSG
K20, K30, ... K90K20, K30, ... K90
KupplungenCouplings
24, 34, ... 9424, 34, ... 94
Nuten in 6bGrooves in 6b
EGEC
EingangsgetriebeInput gear
NSGNSG
NachschaltgetriebeRear-mounted transmission
HRMR
Hohlradring gear
PRPR
PlanetenräderPlanetary gears
SRS.R
SonnenräderSun gears
ii
Übersetzungsverhältnisgear ratio
ss
GangsprungGear jump
SS
Schaltbereichswitching range
WW
WälzlagereinheitRolling bearing unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2019192634 A1 [0003, 0012, 0035]WO 2019192634 A1 [0003, 0012, 0035]
  • WO 2019086064 A1 [0005, 0020, 0021, 0022]WO 2019086064 A1 [0005, 0020, 0021, 0022]

Claims (10)

Planeten-Schaltgetriebe auf einer zentralen Achse (6a) montiert mit einer antriebsseitigen Hohlwelle (4a) und einer abtriebsseitigen Nabenhülse (1) mit einem koaxial dazwischen angeordneten Planetengetriebe (NSG), welches ein Sonnenrad (SR) und über einen zugehörigen Planetenträger (8) miteinander verbundene Planetenräder sowie ein Hohlrad (HR) umfasst, welches jeweils in mittels Kupplungen bei wechselseitiger Umschaltung des An- und Abtriebes entweder in einen Blockumlauf oder einen Übersetzungsmodus oder Untersetzungsmodus schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (NSG) bei permanenter Achsfestlegung seines Sonnenrades (SR) mit nur vier Kupplungen (K50, K60, K80, K90) bei der wechselseitigen Umschaltung des An- und Abtriebes jeweils entweder in einen langsamen, einen schnellen oder einen direkten Modus geschaltet ist.Planetary gearbox mounted on a central axle (6a) with a hollow shaft (4a) on the drive side and a hub sleeve (1) on the output side with a planetary gear (NSG) arranged coaxially between them, which has a sun gear (SR) and an associated planet carrier (8). connected planet gears and a ring gear (HR), which can be switched either into a block circulation or a transmission mode or reduction mode by means of clutches when the input and output are switched alternately, characterized in that the planetary gear (NSG) with permanent axis fixation of its sun gear ( SR) with only four clutches (K50, K60, K80, K90) is switched to either a slow, a fast or a direct mode when the input and output are switched alternately. Planeten-Schaltgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen (K50, K90; K60, K80), die das Hohlrad (HR) und den Planetenträger (8) mit Planetenrädern (PR) jeweils mit dem Antrieb oder mit dem Abtrieb verbinden oder die den Antrieb und den Abtrieb direkt verbinden, symmetrisch zu dem achsfesten Sonnenrad (SR) angeordnet sind.Planetary gearbox Claim 1 , characterized in that the clutches (K50, K90; K60, K80), which connect the ring gear (HR) and the planet carrier (8) with planet gears (PR) to the drive or to the output or which connect the drive and the output connect directly, are arranged symmetrically to the axle-mounted sun gear (SR). Planeten-Schaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass kuppelnd federbelastete, sich radial erstreckende Kupplungsringe einer jeweiligen Gangstufe freizustellen sind, indem Schieberinge in gewendelten zirkularen Nuten (54, ...94) in einer koaxialen Schalttrommel (6b) und in radialen, parallel zur Rotationsachse des Getriebes orientierten Schlitzen einer sie umschließenden Hohlachse (6a) geführt, jeweils die zugehörigen Kupplungsringe schaltend betätigen.Planetary gearbox Claim 1 or 2 , characterized in that clutch spring-loaded, radially extending clutch rings of a respective gear stage are to be released by sliding rings in spiral circular grooves (54, ... 94) in a coaxial switching drum (6b) and in radial slots oriented parallel to the axis of rotation of the transmission a hollow axle (6a) enclosing it, each of which switches the associated coupling rings. Planeten-Schaltgetriebe nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlradkupplungen (K50, K90) sowie die Planetenträgerkupplungen (K60, K80) jeweils symmetrisch mit Schließfedern ausgestattet sind.Planetary gearbox Claim 2 and 3 , characterized in that the ring gear clutches (K50, K90) and the planet carrier clutches (K60, K80) are each symmetrically equipped with closing springs. Planeten-Schaltgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfedern der Planetenträgerkupplungen (K60, K80) sich gegenüberliegend an dem Sonnenrad (SR) abstützen.Planetary gearbox Claim 4 , characterized in that the closing springs of the planet carrier clutches (K60, K80) are supported opposite each other on the sun gear (SR). Anordnung eines Planeten-Schaltgetriebes nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Nachschaltgetriebe (NSG) mit mindestens einem mehrstufigen Vorschaltgetriebe als Einheitsgetriebe gekoppelt ist, das als ein Tretlagergetriebe, ein Zwischengetriebe, ein Kettengetriebe oder ein Eingangsgetriebe (EG) in der Hinterradnabe ausgebildet ist, wobei die Gangsprünge der Gesamtanordnung der Getriebe (EG, NSG) annähernd gleich sind und die Gangsprünge des/der Vorschaltgetriebe/s innerhalb der Stufung des Nachschaltgetriebes (NSG) liegen.Arrangement of a planetary gearbox according to one of the preceding claims, characterized in that it is coupled as a downstream gearbox (NSG) with at least one multi-stage primary gearbox as a standard gearbox, which is used as a bottom bracket gearbox, an intermediate gearbox, a chain gearbox or an input gearbox (EG) in the Rear wheel hub is formed, whereby the gear jumps of the overall arrangement of the transmission (EG, NSG) are approximately the same and the gear jumps of the primary transmission (s) lie within the steps of the downstream transmission (NSG). Anordnung eines Planeten-Schaltgetriebes nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsgetriebe (EG) in der Hinterradnabe ein Klinkenschaltgetriebe ist.Arrangement of a planetary gearbox according to Claim 6 , characterized in that the input gear (EG) in the rear wheel hub is a ratchet gear. Anordnung eines Planeten-Schaltgetriebes nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsgetriebe (EG) in der Hinterradnabe als ein mehrstufiges Planetengetriebe in der Nabenhülse (1) angeordnet ist und dessen abtriebsseitiges Hohlrad mit dem nachgeschalteten Planetengetriebe (NSG) verbunden ist und sein Planetenträger mit dem Antrieb verbunden ist und mittels Kupplungen (K20, K30, K40) wahlweise in den Blockumlauf oder durch festsetzen einzelner Sonnenräder in verschiedene Übersetzungsstufen geschaltet ist.Arrangement of a planetary gearbox according to Claim 6 , characterized in that the input gear (EG) in the rear wheel hub is arranged as a multi-stage planetary gear in the hub sleeve (1) and its output-side ring gear is connected to the downstream planetary gear (NSG) and its planet carrier is connected to the drive and by means of clutches ( K20, K30, K40) is switched either to block circulation or to different gear ratios by fixing individual sun gears. Anordnung eines Planeten-Schaltgetriebes nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsgetriebe (EG) zweistufig ist und die Anordnung ein Neunganggetriebe ist, dessen Kupplungen (K20, ... K90) durchgehend axial schaltend ausgebildet sind.Arrangement of a planetary gearbox according to Claim 8 , characterized in that the input gearbox (EG) is two-stage and the arrangement is a nine-speed gearbox, the clutches (K20, ... K90) of which are designed to shift axially throughout. Anordnung eines Planeten-Schaltgetriebes nach Anspruch 9, wobei bei dem Neunganggetriebe die Gangsprünge zwischen 1,238 und 1,242 liegen.Arrangement of a planetary gearbox according to Claim 9 , with the nine-speed gearbox having gear steps between 1.238 and 1.242.
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