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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec mit einer Tretkurbelwelle als Antrieb und einer Getriebeausgangswelle als Abtrieb sowie zumindest vier weiteren Wellen, mit zumindest drei Planetenradsätzen, welche koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnet sind und mit mehreren Schaltelementen zum Realisieren von mehreren Gängen. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrrad oder Pedelec mit dem Tretlagergetriebe.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2016 225 169 A1 ist ein Getriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder Pedelec bekannt. Das Getriebe umfasst für die Realisierung von nur vier Gängen mindestens zwei Planetenradsätze, wobei davon notwendigerweise zumindest ein Planetenradsatz als bauraumaufwendiger Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist. Ferner sind mindestens vier Schaltelemente erforderlich. Bei einer weiteren Ausführungsvariante des Getriebes werden durch das Hinzufügen von zwei weiteren Schaltelementen und einem weiteren Planetenradsatz vier weitere Gänge realisiert. Aufgrund der vorgesehenen Verschaltung bzw. Anbindung der verschiedenen Planetenradsätze ergibt sich bei dem bekannten Getriebe eine bauraumaufwendige Ausgestaltung.
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Demzufolge liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Tretlagergetriebe der eingangs beschriebenen Gattung mit möglichst geringem Bauaufwand mit möglichst wenigen Bauteilen zu realisieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 12 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Somit wird ein Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec vorgeschlagen. Das Tretlagergetriebe weist eine Tretkurbelwelle als Antrieb und eine Getriebeausgangswelle als Abtrieb sowie zumindest vier weitere Wellen auf, wobei der Abtrieb vorzugsweise über ein Kettenrad, ein Riemenrad oder dergleichen erfolgt. Ferner umfasst das Tretlagergetriebe drei Planetenradsätze, welche koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnet sind, und fünf Schaltelemente zum Realisieren von zumindest fünf Gängen bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe. Um eine besonders effektive und bauraumgünstige Ausführung bei dem Tretlagergetriebe vorzusehen, ist die Tretkurbelwelle mit einem zweiten Element eines ersten Planetenradsatzes verbunden. Ferner ist die Tretkurbelwelle über ein viertes Schaltelement und eine zweite Welle mit einem dritten Element eines zweiten Planetenradsatzes verbindbar, wobei die Getriebeausgangswelle mit einem ersten Element des ersten Planetenradsatzes und mit einem ersten Element eines dritten Planetenradsatzes verbunden ist. Ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes ist über eine erste Welle mit einem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes verbunden, wobei das dritte Element des ersten Planetenradsatzes und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes über ein fünftes Schaltelement und eine vierte Welle mit einem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbindbar sind, und wobei ein erstes Element des zweiten Planetenradsatzes über eine dritte Welle mit einem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes verbunden ist.
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Auf diese Weise wird mit der vorbeschriebenen Anbindung der nur drei vorgesehenen Planetenradsätze und der nur fünf vorgesehenen Schaltelemente ein besonders einfacher und kompakter Aufbau bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe realisiert. Hinzu kommen besonders geringe Bauteilbelastungen und ein vorteilhaft hoher Verzahnungswirkungsgrad aufgrund der geometrischen Übersetzungsreihe bei dem Tretlagergetriebe.
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Zur mechanischen Verbindung von Elementen der Planetenradsätze werden vorzugsweise neben Antrieb und Abtrieb nur vier weitere Wellen oder wellenartige Elemente verwendet, wobei unter dem Begriff Welle nicht ausschließlich ein zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen ist, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die die einzelnen Radsatzelemente miteinander zur Drehmomentübertragung verbinden.
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Um die besonders bauraumgünstige Anordnung bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe zu realisieren, ist vorgesehen, dass bei geschlossenem ersten Schaltelement die mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes verbundene zweite Welle mit einem Gehäuse bzw. mit einem gehäusefesten Bauteil oder dergleichen verbunden ist, dass bei geschlossenem zweiten Schaltelement die mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes und mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes verbundene dritte Welle mit dem Gehäuse verbunden ist, und dass bei geschlossenem dritten Schaltelement die mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes verbundene vierte Welle mit dem Gehäuse verbunden ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe vorgesehen, dass das erste Schaltelement, das zweite Schaltelement und das dritte Schaltelement jeweils als formschlüssige Bremse ausgeführt sind und/oder dass das vierte Schaltelement und das fünfte Schaltelement jeweils als Freilauf ausgeführt sind.
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Die als Bremsen ausgeführten Schaltelemente werden vorzugsweise als formschlüssige Schaltelemente beispielsweise als kostengünstige Schaltklauen oder dergleichen zum Beispiel mit einem verzahnten Bremsring und einer korrespondierenden Schaltklinke ausgeführt. Bremsen als Schaltelemente haben den Vorteil, dass diese zum Betätigen von außen ohne weiteres erreichbar sind. Da die vorgesehenen Freiläufe als Kupplungen eingesetzt werden, ist es von Vorteil, wenn die Bremsen z. B. als einseitig wirkende Bremsen ausgeführt sind, um ein Verblocken des Getriebes bei Drehrichtungsumkehr am Antrieb oder am Abtrieb zu verhindern.
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Vorzugsweise werden als Freiläufe nicht schaltbare Freiläufe verwendet. Dies hat den Vorteil, dass keine Schaltbetätigung bei den passiven Schaltelementen erforderlich ist. Der nicht schaltbare Freilauf überträgt ein Drehmoment, wenn dieser gesperrt ist. In der entgegengesetzten Drehrichtung wird kein Drehmoment übertragen. Es ist jedoch denkbar, dass auch schaltbare Freiläufe oder auch schaltbare Frei-laufbremsen eingesetzt werden.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung kann vorsehen, dass zumindest einer der vorgesehenen Planetenradsätze als Minus-Planetenradsatz ausgeführt ist, wodurch sich eine besonders bauraumgünstige Anordnung ergibt. Es ist auch denkbar, dass einer der Planetenradsätze als Plus-Planetenradsatz ausgeführt ist.
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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 bzw. Radsatzelement als Sonnenrad, ein zweites Element als Planetenradträger bzw. Steg und ein drittes Element als Hohlrad ausgeführt sind. Ferner bedeutet dies, dass bei einem als Plus-Planetenradsatz ausgeführten Einzelradsatz das erste Element als Sonnenrad, das zweite Element als Hohlrad und das dritte Element als Planetenradträger bzw. Steg ausgeführt sind.
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Um die Ansteuerung des vorgeschlagenen Tretlagergetriebes weiter zu optimieren, ist vorgesehen, dass zumindest ein Drehmomentsensor oder dergleichen an dem Antrieb und/oder an dem Abtrieb vorgesehen ist.
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Um den Antrieb bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe elektrisch zu unterstützen, kann zumindest eine elektrische Maschine oder dergleichen mit dem Antrieb bzw. mit der Tretkurbelwelle und/oder mit dem Abtrieb bzw. mit der Getriebeausgangswelle verbunden oder verbindbar sein bzw. fest oder lösbar angekoppelt sein. Vorzugsweise kann die elektrische Maschine achsparallel zur Tretkurbelwelle angeordnet sein.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung beansprucht ein Fahrrad oder Pedelec mit dem vorbeschriebenen Tretlagergetriebe. Hieraus ergeben sich die bereits beschriebenen Vorteile und weitere Vorteile.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Prinzipansicht einer möglichen Ausführungsvariante eines Tretlagergetriebes in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder Pedelec;
- 2 eine schematische Prinzipansicht des Tretlagergetriebes gemäß 1 mit einem beispielhaft als ersten Planetenradsatz ausgeführten Plus-Planetenradsatz;
- 3 eine schematische Ansicht des Tretlagergetriebes gemäß 1 mit einem beispielhaft angedeuteten Drehmomentsensor am Antrieb;
- 4 eine schematische Ansicht des Tretlagergetriebes gemäß 3 mit einer beispielhaft am Antrieb angeordneten elektrischen Maschine;
- 5 eine schematische Ansicht des Tretlagergetriebes gemäß 3 mit einer beispielhaft am Abtrieb angeordneten elektrischen Maschine; und
- 6 ein Schaltschema mit den schaltbaren Gängen bei dem erfindungsgemäßen Tretlagergetriebe gemäß 1 bis 5.
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In den 1 bis 5 sind verschiedene Ausführungen anhand von schematischen Prinzipansichten eines erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec 1 lediglich beispielhaft dargestellt. 1 zeigt das schematisch angedeutete Fahrrad oder Pedelec 1 mit dem Tretlagergetriebe.
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Unabhängig von den Ausführungen umfasst das Tretlagergetriebe in einem Gehäuse bzw. Tretlagergehäuse 2 eine Tretkurbelwelle bzw. Tretkurbel Wan als Antrieb mit den Pedalen und eine Getriebeausgangswelle Wab als Abtrieb mit einem nicht weiter dargestellten Ketten- bzw. Riemenrad. Ferner sind vier weitere Wellen W1, W2, W3, W4 vorgesehen, die mit Elementen bzw. Radsatzelementen der drei Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 gekoppelt bzw. verbunden sind. Die Elemente des ersten Planetenradsatzes RS1 und des zweiten Planetenradsatzes RS2 sowie des dritten Planetenradsatzes RS3 sind koaxial zur Tretkurbelwelle Wan angeordnet. Zudem sind fünf Schaltelemente B1, B2, B3, F1, F2 zum Realisieren von fünf Gängen V1, V2, V3, V4, V5 vorgesehen. Das erste Schaltelement B1 und das zweite Schaltelement B2 sowie das dritte Schaltelement B3 sind jeweils als schaltbare Bremsen ausgeführt, während das vierte Schaltelement F1 und das fünfte Schaltelement F2 jeweils als nicht schaltbare Freiläufe ausgeführt sind.
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Ferner ist unabhängig von den Ausführungen bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe vorgesehen, dass die Tretkurbelwelle Wan mit einem zweiten Element eines ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist, dass die Tretkurbelwelle Wan über ein viertes Schaltelement F1 und eine zweite Welle W2 mit einem dritten Element eines zweiten Planetenradsatzes RS2 verbindbar ist, dass die Getriebeausgangswelle Wab mit einem ersten Element des ersten Planetenradsatzes RS1 und mit einem ersten Element eines dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist, dass ein drittes Element des ersten Planetenradsatzes RS1 über eine erste Welle W1 mit einem zweiten Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist, dass das dritte Element des ersten Planetenradsatzes (RS1) und das zweite Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 über ein fünftes Schaltelement F2 und eine vierte Welle W4 mit einem dritten Element des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar sind, und dass ein erstes Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 über eine dritte Welle W3 mit einem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist.
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Darüber hinaus ist bei dem Tretlagergetriebe vorgesehen, dass bei geschlossenem ersten Schaltelement B1 die mit dem dritten Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbundene zweite Welle W2 mit einem Gehäuse 2 verbunden ist, dass bei geschlossenem zweiten Schaltelement B2 die mit dem zweiten Element des dritten Planetenradsatzes RS3 und mit dem ersten Element des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbundene dritte Welle W3 mit dem Gehäuse 2 verbunden ist, und dass bei geschlossenem dritten Schaltelement B3 die mit dem dritten Element des dritten Planetenradsatzes RS3 verbundene vierte Welle W4 mit dem Gehäuse 2 verbunden ist.
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Mit der vorbeschriebenen Anbindung der Elemente der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 und der Wellen Wan, Wab, W1, W2, W3, W4 sowie der Schaltelemente B1, B2, B3, F1, F2 ergibt sich eine besonders bauraumgünstige Ausführung des Tretlagergetriebes.
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In den 1 und 3 bis 5 sind die drei vorgesehenen Planetenradsätze RS1, RS2, RS3 jeweils als bauraumgünstige Minus-Planetenradsätze ausgeführt. Hierbei ist vorgesehen, dass jeweils als erstes Element bzw. Radsatzelement ein Sonnenrad SR1, SR2, SR3, als zweites Element ein Planetenradträger PT1, PT2, PT3 und als drittes Element ein Hohlrad HR1, HR2, HR3 bei den Planetenradsätzen RS1, RS2, RS3 vorgesehen sind.
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Im Detail ergibt sich hieraus, dass die Tretkurbelwelle Wan mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist. Ferner ist die Tretkurbelwelle Wan über das als Freilauf ausgeführte vierte Schaltelement F1 und über die zweite Welle W2 mit dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbindbar. Die Getriebeausgangswelle Wab ist mit dem Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 und mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden. Das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 ist über die erste Welle W1 mit dem Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden. Ferner ist das Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die dritte Welle W3 mit dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden. Das Hohlrad HR1 des ersten Planetenradsatzes RS1 und der Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 sind über das als Freilauf ausgeführte fünfte Schaltelement F2 und die vierte Welle W4 mit dem Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar.
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Bei geschlossenem als Bremse ausgeführten ersten Schaltelement B1 ist das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die zweite Welle W2 mit dem Gehäuse 2 verbunden. Bei geschlossenem als Bremse ausgeführten zweiten Schaltelement B2 sind das Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 und der Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über die dritte Welle W3 mit dem Gehäuse 2 verbunden. Bei geschlossenem als Bremse ausgeführten dritten Schaltelement B3 ist das Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 über die vierte Welle W4 mit dem Gehäuse 2 verbunden. Bei gesperrtem als Freilauf ausgeführten vierten Schaltelement F1 ist die Tretkurbelwelle Wan mit der zweiten Welle W2 und damit mit dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden. Bei gesperrtem als Freilauf ausgeführten fünften Schaltelement F2 ist die vierte Welle W4 mit der ersten Welle W1 verbunden.
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In 2 ist bei den drei vorgesehenen Planetenradsätzen RS1, RS2, RS3 ein Plus-Planetenradsatz vorgesehen, wobei sich bei dem Plus-Planetenradsatz eine Vertauschung von Hohlradanbindung und Planetenradträgeranbindung ergibt.
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In 2 ist zum Beispiel der erste Planetenradsatz RS1 als Plus-Planetenradsatz ausgeführt, während der zweite Planetenradsatz RS2 und der dritte Planetenradsatz RS3 jeweils als Minus-Planetenradsatz ausgeführt sind. Bei der Verwendung eines Plus-Planetenradsatzes ergibt sich eine höhere Flexibilität bei der Wahl der Übersetzungen. Beispielsweise wird aus einer Standübersetzung von z. B. i0 = -2,0 eine Standübersetzung i0 = +3,0.
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In 3 ist eine Ausführung des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes gezeigt, bei der ein Drehmomentsensor 3 mit der Tretkurbelwelle Wan verbunden bzw. verbindbar ist. Beispielsweise kann ein scheibenförmiger Drehmomentsensor 3 am Getriebeeingang angeordnet werden. Der Drehmomentsensor 3 kann jedoch auch auf andere Art und Weise ausgeführt werden.
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In den 4 und 5 ist jeweils eine Ausführung des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes mit einer zusätzlichen elektrischen Maschine EM dargestellt. Die elektrische Maschine EM kann an der Tretkurbelwelle Wan angebunden werden, wie dies in 4 angedeutet ist. Es ist auch denkbar, dass die elektrische Maschine EM an der Getriebeausgangswelle Wab angebunden wird, wie dies in 5 gezeigt ist. Die elektrische Maschine EM ist vorzugsweise achsparallel zur Tretkurbelwelle Wan angeordnet. Es wäre jedoch auch eine koaxiale Anordnung der elektrischen Maschine EM zur Tretkurbelwelle Wan möglich. Unabhängig, davon ist es vorteilhaft, die elektrische Maschine EM über einen Freilauf oder dergleichen anzubinden, damit beim Betrieb ohne die elektrische Maschine EM keine Verluste durch die mitdrehende elektrische Maschine EM verursacht werden.
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In 6 ist beispielhaft ein Schaltschema für die in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungen des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes dargestellt. In dem Schaltschema sind die für den jeweiligen Gang V1, V2, V3, V4, V5 verwendeten Schaltelemente B1, B2, B3, F1, F2 angegeben. Hierbei bedeutet ein X bei einem Freilauf F1, F2 als Schaltelement in dem Schaltschema, dass der Freilauf sperrt. Dies funktioniert selbsttätig ohne äußere Betätigung. Ferner bedeutet ein X bei einer Bremse B1, B2, B3 als Schaltelement in dem Schaltschema, dass die Bremse B1, B2, B3 geschlossen ist. Dies funktioniert über eine geeignete Aktuatorik.
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Im Einzelnen ergibt sich aus dem Schaltschema gemäß 6, dass zum Realisieren eines ersten Ganges V1 das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1 und das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F2 gesperrt sind, dass zum Realisieren eines zweiten Ganges V2 das dritte als Bremse ausgeführte Schaltelement B3 geschlossen ist und das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1 gesperrt ist, dass zum Realisieren eines dritten Ganges V3 das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement B2 geschlossen ist und das vierte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F1 gesperrt ist, dass zum Realisieren eines vierten Ganges V4 das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement B1 geschlossen ist und das fünfte als Freilauf ausgeführte Schaltelement F2 gesperrt ist, und/oder dass zum Realisieren eines fünften Ganges V5 das erste als Bremse ausgeführte Schaltelement B1 und das zweite als Bremse ausgeführte Schaltelement B2 geschlossen sind.
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Bezugszeichen
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- 1
- Fahrrad oder ein Pedelec
- 2
- Gehäuse bzw. Tretlagergehäuse
- 3
- Drehmomentsensor
- SR1
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- PT1
- Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes
- HR1
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- SR2
- Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- PT2
- Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes
- HR2
- Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
- SR3
- Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes
- PT3
- Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes
- HR3
- Hohlrad des dritten Planetenradsatzes
- Wan
- Tretkurbelwelle
- Wab
- Getriebeausgangswelle
- EM
- elektrische Maschine
- W1
- erste Welle
- W2
- zweite Welle
- W3
- dritte Welle
- W4
- vierte Welle
- RS1
- erster Planetenradsatz
- RS2
- zweiter Planetenradsatz
- RS3
- dritter Planetenradsatz
- B1
- erstes Schaltelement als Bremse
- B2
- zweites Schaltelement als Bremse
- B3
- drittes Schaltelement als Bremse
- F1
- viertes Schaltelement als Freilauf
- F2
- fünftes Schaltelement als Freilauf
- V1
- erster Gang
- V2
- zweiter Gang
- V3
- dritter Gang
- V4
- vierter Gang
- V5
- fünfter Gang
