DE102022211748B3

DE102022211748B3 - Bottom bracket gear for a bicycle or pedelec

Info

Publication number: DE102022211748B3
Application number: DE102022211748.4A
Authority: DE
Inventors: Peter Ziemer; Hagen Doepfert; Christoph Margraf; Markus Strobel; Thomas Riedisser; Ulrich Doerr; Rainer Grundler; Manfred Schenk; Uwe Griesmeier; Michel Wiemer; Alexander Jungaberle; Peter Reinders; Uwe Schraff; Stefan Stark
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-11-08
Filing date: 2022-11-08
Publication date: 2024-01-11
Anticipated expiration: 2042-11-09

Abstract

Es wird ein Tretlagergetriebe für ein Fahrrad oder Pedelec mit einer Tretkurbelwelle (1) als Getriebeeingangswelle, mit einem Abtrieb (3) als Getriebeausgangswelle, mit zumindest einem aktiv schaltbaren Bremsschaltelement (B1, B2, B3, B4) und mit zumindest einer indirekt über das Bremsschaltelement (B1, B2, B3, B4) zwischen einem Sperrrichtungszustand und einem Überholtriebzustand zu schaltenden Freilaufkupplung (F1, F2, F3, F4) zum Realisieren von mehreren Übersetzungsstufen vorgeschlagen, wobei jede Freilaufkupplung (F1, F2, F3, F4) als Freilaufverzahnung eine mit einem Getriebeelement verbundene erste Zahnscheibe (4, 5, 6, 7, 18) und eine mit einem weiteren Getriebeelement verbundene zweite Zahnscheibe (8, 9, 10, 11, 19) aufweist, und wobei zumindest eine der Zahnscheiben (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19) axial beweglich und über zumindest ein Federelement (12, 13, 14, 15) gegen die andere Zahnscheibe (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19) zum drehfesten Verbinden in eine Drehrichtung der Zahnscheiben (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19) vorgespannt ist. Ferner wird ein Fahrrad oder Pedelec (1) mit dem Tretlagergetriebe vorgeschlagen.There is a bottom bracket gearbox for a bicycle or pedelec with a pedal crankshaft (1) as a transmission input shaft, with an output (3) as a transmission output shaft, with at least one actively switchable brake switching element (B1, B2, B3, B4) and with at least one indirectly via the brake switching element (B1, B2, B3, B4) proposed to switch one-way clutch (F1, F2, F3, F4) between a locking direction state and an overrunning drive state in order to realize several gear ratio stages, each one-way clutch (F1, F2, F3, F4) having one as a one-way gearing a first toothed disk (4, 5, 6, 7, 18) connected to a gear element and a second toothed disk (8, 9, 10, 11, 19) connected to a further gear element, and at least one of the toothed disks (4, 5, 6 , 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19) axially movable and against the other toothed disk (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10) via at least one spring element (12, 13, 14, 15), 11, 18, 19) is biased in one direction of rotation of the toothed washers (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19) for rotationally fixed connection. Furthermore, a bicycle or pedelec (1) with the bottom bracket gear is proposed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tretlagergetriebe für ein Fahrrad oder Pedelec mit einer Tretkurbelwelle als Getriebeeingangswelle, mit einem Abtrieb als Getriebeausgangswelle, mit zumindest einem aktiv schaltbaren Bremsschaltelement und mit zumindest einer indirekt über das Bremsschaltelement schaltenden Freilaufkupplung zum Realisieren mehrerer Übersetzungsstufen. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrrad oder Pedelec mit dem Tretlagergetriebe.The present invention relates to a bottom bracket gear for a bicycle or pedelec with a pedal crankshaft as a transmission input shaft, with an output as a transmission output shaft, with at least one actively switchable brake switching element and with at least one one-way clutch that switches indirectly via the brake switching element to realize several gear ratio stages. The invention further relates to a bicycle or pedelec with the bottom bracket gear.

Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2019 220 044 A1 ist ein Tretlagergetriebe mit einer Anordnung zum Betätigen eines Bremsschaltelements bekannt. Die Anordnung umfasst eine drehbar gelagerte Schaltwalze achsparallel zu einer zentralen Getrieberotationsachse, wobei die Schaltwalze in Wirkverbindung mit einer als Bremsschaltelement ausgeführten Bremsklinken zum Sperren oder Freigeben eines Getriebeelements zum Schalten einer Gangstufe steht. Die Freilaufkupplungen sind als Sperrklinkenfreiläufe ausgebildet und werden indirekt durch die Betätigung der Bremsschaltelemente zwischen einem Sperrrichtungszustand und einem Überholtriebzustand geschaltet, sodass die über die Freilaufkupplungen angebundenen Getriebeelemente in genau eine Drehrichtung sperrbar sind. Als Klinkenfreilauf ausgebildete Freilaufkupplungen sind mit sehr kleinen federbeauftragten Klinken ausgestattet, die sich bedingt durch ihre geringe Größe aufwändig montieren lassen und darüber hinaus in ihrer Übertragungsfähigkeit limitiert sind.For example from the publication DE 10 2019 220 044 A1 a bottom bracket gear with an arrangement for actuating a brake switching element is known. The arrangement comprises a rotatably mounted shift drum axially parallel to a central transmission rotation axis, the shift drum being in operative connection with a brake pawl designed as a brake switching element for locking or releasing a transmission element for shifting a gear. The one-way clutches are designed as pawl freewheels and are switched indirectly by the actuation of the brake switching elements between a locking direction state and an overrunning drive state, so that the transmission elements connected via the one-way clutches can be locked in exactly one direction of rotation. Freewheel clutches designed as pawl freewheels are equipped with very small spring-loaded pawls, which are difficult to assemble due to their small size and are also limited in their transmission capacity.

Aus der Druckschrift DE 10 2009 042 232 A1 ist eine Getriebeanordnung für ein mit einem Hilfsantrieb ausgestattetes Fahrrad mit einem Planetengetriebe bekannt. Das Planetengetriebe umfasst eine Freilaufeinrichtung, über die ein Drehmoment von dem Planetengetriebe auf die Antriebseinrichtung übertragbar ist. Hierzu sind eine an einem Planetenträger angeordnete erste Zahnscheibe und eine an der Antriebseinrichtung angeordnete direkt gegenüberliegend zur ersten Zahnscheibe angeordnete zweite Zahnscheibe vorgesehen.From the publication DE 10 2009 042 232 A1 a gear arrangement for a bicycle equipped with an auxiliary drive with a planetary gear is known. The planetary gear includes a freewheel device via which a torque can be transferred from the planetary gear to the drive device. For this purpose, a first toothed disk arranged on a planet carrier and a second toothed disk arranged on the drive device and arranged directly opposite the first toothed disk are provided.

Ferner sind aus den Druckschriften DE 20 2010 016 798 U1 , US 2022/ 0 073 169 A1 , DE 101 48 807 A1 , US 9 279 480 B2 und EP 0 915 800 B1 jeweils Radnabengetriebe für Fahrräder bekannt, bei denen Zahnscheiben zum Übertragen eines Drehmoments mit einer Freilaufunktion vorgesehen sind.Furthermore, from the publications DE 20 2010 016 798 U1 , US 2022/ 0 073 169 A1 , DE 101 48 807 A1 , US 9,279,480 B2 and EP 0 915 800 B1 Wheel hub gears for bicycles are known in which toothed disks are provided for transmitting torque with a freewheel function.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tretlagergetriebe und ein Fahrrad oder Pedelec mit dem Tretlagergetriebe vorzuschlagen, welche eine besonders einfache Montage mit geringerem Bauraumbedarf und eine hohe Drehmomentübertragungsfähigkeit realisieren.The present invention is based on the object of proposing a bottom bracket gear and a bicycle or pedelec with the bottom bracket gear, which realize a particularly simple assembly with a smaller installation space requirement and a high torque transmission capability.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. 15 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.This object is achieved according to the invention by an object with the features of patent claim 1 or 15. Advantageous and claimed further developments result from the subclaims and the description as well as the drawings.

Somit wird ein Tretlagergetriebe insbesondere in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder Pedelec mit einer Tretkurbelwelle als Getriebeeingangswelle und mit einem Abtrieb als Getriebeausgangswelle vorgeschlagen, wobei der Abtrieb zum Beispiel mit einem anzutreibenden Laufrad eines Fahrrades oder Pedelecs verbindbar ist. Ferner umfasst das Tretlagergetriebe zumindest ein aktiv schaltbares Bremsschaltelement und zumindest eine indirekt über das Bremsschaltelement zwischen einem Sperrrichtungszustand und einem Überholtriebzustand zu schaltende Freilaufkupplung zum Realisieren von mehreren Übersetzungsstufen, wobei jede Freilaufkupplung als Freilaufverzahnung eine erste mit einem Getriebeelement verbundene Zahnscheibe und eine zweite mit einem weiteren Getriebeelement verbundene Zahnscheibe aufweist und wobei zumindest eine der Zahnscheiben axial beweglich und über zumindest ein Federelement gegen die andere Zahnscheibe zum drehfesten Verbinden in eine Drehrichtung der Zahnscheiben bzw. der Getriebeelemente vorgespannt ist.Thus, a bottom bracket gear is proposed, in particular in a planetary design, for a bicycle or pedelec with a pedal crankshaft as the transmission input shaft and with an output as the transmission output shaft, the output being able to be connected, for example, to a wheel of a bicycle or pedelec that is to be driven. Furthermore, the bottom bracket gearbox comprises at least one actively switchable brake switching element and at least one one-way clutch which can be switched indirectly via the brake switching element between a locking direction state and an overtaking drive state in order to realize several gear ratio stages, each one-way clutch as a freewheel toothing having a first toothed disk connected to a gear element and a second toothed disk connected to a further gear element connected toothed disk and wherein at least one of the toothed disks is axially movable and biased via at least one spring element against the other toothed disk for rotationally fixed connection in a direction of rotation of the toothed disks or the gear elements.

Auf diese Weise wird ein Tretlagergetriebe mit indirekt von Bremsschaltelementen schaltbaren Freilaufkupplungen vorgeschlagen, bei dem die Freilaufkupplungen in vorteilhafter Weise an den zur Verfügung stehenden Bauraum und auf das zu übertragene Drehmoment angepasst sind, sodass eine besonders einfache Montage insbesondere der Freilaufkupplungen ermöglicht und zudem nur ein geringer Bauraumbedarf besteht. Ferner ergibt sich ein besonders geringer Wartungsbedarf aufgrund des robusten Aufbaus der Freilaufkupplungen. Zudem können über die über den Umfang über eine Vielzahl von schrägverlaufenden Zahnstufen in Wirkverbindung stehenden Zahnscheiben hohe Drehmomente übertragen werden.In this way, a bottom bracket gearbox with one-way clutches that can be switched indirectly by brake switching elements is proposed, in which the one-way clutches are advantageously adapted to the available installation space and to the torque to be transmitted, so that a particularly simple assembly of the one-way clutches in particular is possible and also only a small one There is a need for installation space. Furthermore, there is a particularly low maintenance requirement due to the robust construction of the one-way clutches. In addition, high torques can be transmitted via the toothed disks, which are operatively connected over the circumference via a large number of oblique tooth steps.

Die den Getriebeelementen des Tretlagergetriebes zugeordneten Zahnscheiben jeder Freilaufkupplung können konstruktiv an die jeweilige Einbauposition angepasst werden. Zumindest eine der Zahnscheiben ist beispielsweise über eine Mitnahmeverzahnung mit dem zugeordneten Getriebeelement drehfest verbunden und gleichzeitig axial verschiebbar auf diesem gelagert. Bei einer derartigen Ausführung sind die Zahnscheibe und das zugeordnete Getriebeelement mehrteilig ausgeführt. Vorzugsweise kann eine nicht axialbewegliche Zahnscheibe einteilig mit dem zugeordneten Getriebeelement ausgeführt sein, wodurch die Montage aufgrund der geringeren Anzahl an Bauteilen weiter vereinfacht wird.The toothed disks of each freewheel clutch assigned to the gear elements of the bottom bracket gear can be structurally adapted to the respective installation position. At least one of the toothed disks is connected in a rotationally fixed manner to the associated gear element, for example via a driving toothing, and at the same time is mounted on it in an axially displaceable manner. In such an embodiment, the toothed disk and the associated gear element are made in several parts. Preferably a non-axially movable tooth disc can be made in one piece with the associated gear element, which further simplifies assembly due to the smaller number of components.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das mit der Zahnscheibe einteilig ausgeführte Getriebeelement drehbar und axial fixiert an dem mit der anderen Zahnscheibe gekoppelten Getriebeelement angeordnet ist, weil die auftretenden Axialkräfte nicht auf weitere Getriebeelemente übertragen werden, sondern innerhalb der Freilaufkupplungen abgestützt werden. Zudem ergeben sich niedrigere Schleppmomente.It is particularly advantageous if the gear element, which is made in one piece with the toothed disk, is rotatably and axially fixed on the gear element coupled to the other toothed disk, because the axial forces that occur are not transmitted to other gear elements, but are supported within the one-way clutches. In addition, there are lower drag torques.

Die die Freilaufverzahnung bildenden Zahnscheiben der Freilaufkupplung werden vorzugsweise axial nebeneinander in etwa gleicher radialer Höhe gegeneinander vorgespannt angeordnet, sodass eine direkte Drehmomentübertragung in genau eine Drehrichtung ermöglicht wird.The toothed disks of the one-way clutch forming the freewheel toothing are preferably arranged axially next to one another and prestressed against one another at approximately the same radial height, so that direct torque transmission in exactly one direction of rotation is possible.

Als Federelement bei den Freilaufkupplungen bietet sich eine Schraubenfeder oder dergleichen an, mit dem zum Beispiel die axial bewegbare Zahnscheibe gegen die korrespondierende Zahnscheibe der Freilaufkupplung vorgespannt wird.A helical spring or the like can be used as a spring element in the one-way clutches, with which, for example, the axially movable toothed disk is pretensioned against the corresponding toothed disk of the one-way clutch.

Besonders vorteilhaft im Bezug des erforderlichen Bauraumbedarfes ist es bei dieser Ausführung, wenn das Federelement der Freilaufkupplung radial innerhalb bezogen auf die Freilaufverzahnung der Zahnscheiben angeordnet ist. Auf diese Weise kann axialer Bauraum eingespart werden.In this embodiment, it is particularly advantageous in relation to the required installation space if the spring element of the one-way clutch is arranged radially within the freewheel toothing of the toothed disks. In this way, axial installation space can be saved.

Eine nicht nur bauraumsparende, sondern auch gleichzeitig kostengünstige und montagefreundliche Ausführung wird bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe dadurch realisiert, dass zwei Freilaufkupplungen axial nebeneinander angeordnet sind, wobei eine der Zahnscheiben der beiden Freilaufkupplungen auf einem gemeinsamen Getriebeelement axial bewegbar angeordnet ist und von einem gemeinsamen Federelement gegen die jeweils andere Zahnscheibe der beiden Freilaufkupplungen vorgespannt ist.A not only space-saving, but also cost-effective and easy-to-assemble design is achieved in the proposed bottom bracket gear in that two one-way clutches are arranged axially next to one another, with one of the toothed disks of the two one-way clutches being arranged axially movable on a common gear element and being held against it by a common spring element each other toothed disk of the two one-way clutches is preloaded.

Bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass zwei Freilaufkupplungen radial verschachtelt zueinander angeordnet sind. Auf diese Weise ergibt sich eine Bauraumeinsparung in axialer Richtung des Tretlagergetriebes.In the proposed bottom bracket gear, it is also possible within the scope of the invention for two one-way clutches to be arranged radially nested in relation to one another. In this way, there is a saving in installation space in the axial direction of the bottom bracket gear.

Besonders bevorzugt ist die Ausführung des vorgeschlagenen Tretlagergetriebes mit mehreren Planetenradsätzen, deren Getriebeelemente, wie zum Beispiel Sonnenrad, Planetenradträger und Hohlrad, derart miteinander gekoppelt sind, dass über die Bremsschaltelemente und über die vorgeschlagenen Freilaufkupplungen mehrere Übersetzungsstufen realisierbar sind.Particularly preferred is the design of the proposed bottom bracket transmission with several planetary gear sets, the transmission elements of which, such as sun gear, planetary gear carrier and ring gear, are coupled to one another in such a way that several gear ratio stages can be achieved via the brake switching elements and the proposed one-way clutches.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Fahrrad oder Pedelec mit zumindest einem vorbeschriebenen Tretlagergetriebe gelöst, wodurch sich weitere und die bereits beschriebenen Vorteile ergeben.The object on which the invention is based is also achieved by a bicycle or pedelec with at least one bottom bracket gear described above, which results in further advantages as already described.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.The present invention is explained further below with reference to the drawings.

Es zeigen:

1 eine Prinzipansicht einer möglichen Ausführung eines erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes bei einem Fahrrad bzw. Pedelec;
2 eine geschnittene Detailansicht des Tretlagergetriebes im Bereich einer ersten Freilaufkupplung;
3 eine geschnittene Detailansicht des Tretlagergetriebes im Bereich einer zweiten und dritten Freilaufkupplung; und
4 eine geschnittene Detailansicht des Tretlagergetriebes im Bereich einer vierten Freilaufkupplung.

Show it:

1 a schematic view of a possible embodiment of a bottom bracket gear according to the invention on a bicycle or pedelec;
2 a sectional detailed view of the bottom bracket gear in the area of a first one-way clutch;
3 a sectional detailed view of the bottom bracket gear in the area of a second and third one-way clutch; and
4 a sectional detailed view of the bottom bracket gear in the area of a fourth one-way clutch.

In 1 ist eine mögliche Ausführung eines erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes in Planetenradsatzbauweise anhand eines Fahrrades oder Pedelecs 1 beispielhaft dargestellt, wobei die 2 bis 4 mehrere vergrößerte Detailansicht des Tretlagergetriebes im Bereich von vorgesehenen Freilaufkupplungen F1, F2, F2, F4 des Tretlagergetriebes zeigen.In 1 A possible embodiment of a bottom bracket gear according to the invention in planetary gear set design is shown as an example using a bicycle or pedelec 1, whereby the 2 until 4 show several enlarged detailed views of the bottom bracket gear in the area of the intended one-way clutches F1, F2, F2, F4 of the bottom bracket gear.

Das Tretlagergetriebe umfasst vier Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 zum Realisieren von zum Beispiel 16 Gangstufen, wobei eine Tretkurbelwelle 2 als Getriebeeingangswelle und ein mit einem nicht weiter dargestellten Laufrad des Fahrrades oder Pedelecs 1 koppelbare Getriebeausgangswelle als Abtrieb 3 vorgesehen sind. Die Getriebeelemente der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 sind koaxial zu der Tretkurbelwelle 2 angeordnet.The bottom bracket gearbox includes four planetary gear sets RS1, RS2, RS3, RS4 for realizing, for example, 16 gear stages, with a pedal crankshaft 2 as the gearbox input shaft and a gearbox output shaft that can be coupled to a wheel of the bicycle or pedelec 1 (not shown) as the output 3. The gear elements of the planetary gear sets RS1, RS2, RS3, RS4 are arranged coaxially to the pedal crankshaft 2.

Den Planetenradsätzen RS1, RS2, RS3, RS4 sind vier aktiv schaltbare Bremsschaltelemente B1, B2, B3, B4 sowie vier nicht aktiv schaltbare Freilaufkupplungen F1, F2, F3, F4 zugeordnet, wobei die Freilaufkupplungen F1, F2, F2, F4 als mechanische Freiläufe ausgeführt sind, welche indirekt über die Bremsschaltelemente B1, B2, B3, B4 zwischen einem Sperrrichtungszustand und einem Überholtriebzustand schaltbar sind. Der Überholbetrieb bzw. der Überholtriebzustand eines Freilaufes bzw. einer Freilaufkupplung F1, F2, F2, F4 bedeutet, dass der Freilauf nicht sperrt. Der Freilauf kann sich in einem Überholtrieb befinden, wenn z. B. sich eines der mit dem Freilauf verbundenen Elemente so schnell dreht, dass der Freilauf nicht sperren kann. Der Sperrrichtungszustand bei einem Freilauf bedeutet, dass der Freilauf sperrt.Four actively switchable brake switching elements B1, B2, B3, B4 and four non-actively switchable one-way clutches F1, F2, F3, F4 are assigned to the planetary gear sets RS1, RS2, RS3, RS4, with the one-way clutches F1, F2, F2, F4 designed as mechanical freewheels are, which can be switched indirectly via the brake switching elements B1, B2, B3, B4 between a blocking direction state and an overtaking drive state. The overtaking mode or the overtaking drive state of a freewheel or a one-way clutch F1, F2, F2, F4 means that the freewheel does not lock. The freewheel can be in an overtaking mode if, for example: B. one of the with The elements connected to the freewheel rotate so quickly that the freewheel cannot lock. The locking direction state for a freewheel means that the freewheel is locked.

Bei der dargestellten Ausführung ist die Tretkurbelwelle 1 mit einem Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden und mit einem Getriebeelement des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die erste Freilaufkupplung F1 verbindbar ist, während der Abtrieb 3 mit einem Getriebeelement des vierten Planetenradsatzes RS4 verbunden und mit einem Getriebeelement des vierten Planetenradsatzes RS4 über die vierte Freilaufkupplung F4 verbindbar ist. Die weiteren Verbindungen der Getriebeelemente der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 kann der Fachmann der Prinzipansicht gemäß 1 entnehmen und werden deshalb nicht weiter beschrieben.In the embodiment shown, the pedal crankshaft 1 is connected to a gear element of the first planetary gear set RS1 and can be connected to a gear element of the second planetary gear set RS2 via the first one-way clutch F1, while the output 3 is connected to a gear element of the fourth planetary gear set RS4 and to a gear element of the fourth Planetary gear set RS4 can be connected via the fourth one-way clutch F4. The person skilled in the art can make the further connections of the gear elements of the planetary gear sets RS1, RS2, RS3, RS4 according to the principle view 1 and are therefore not described further.

Bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe ist ferner vorgesehen, dass jede Freilaufkupplung F1, F2, F2, F4 als Freilaufverzahnung eine mit einem Getriebeelement der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 verbundene erste Zahnscheibe 4, 5, 6, 7 und eine mit einem weiteren Getriebeelement der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 verbundene zweite Zahnscheibe 8, 9, 10, 11 aufweist, und wobei zumindest eine der Zahnscheiben 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 axial beweglich und über zumindest ein Federelement 12, 13, 14, 15 gegen die andere Zahnscheibe 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 zum drehfesten Verbinden in eine Drehrichtung der Zahnscheiben 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 bzw. der Getriebeelemente der Planetenradsätze RS1, RS2, RS3, RS4 vorgespannt ist.In the proposed bottom bracket gear it is further provided that each one-way clutch F1, F2, F2, F4 has a first toothed disk 4, 5, 6, 7 connected to a gear element of the planetary gear sets RS1, RS2, RS3, RS4 as a freewheel toothing and one to another gear element of the Planetary gear sets RS1, RS2, RS3, RS4 connected second toothed disk 8, 9, 10, 11, and at least one of the toothed disks 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 is axially movable and has at least one spring element 12, 13, 14, 15 against the other toothed disk 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 for non-rotatable connection in one direction of rotation of the toothed disks 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 or the Gear elements of the planetary gear sets RS1, RS2, RS3, RS4 are preloaded.

Die Zahnscheiben 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 der Axial-Freilaufkupplungen weisen jeweils über den Umfang vorzugsweise schräg verlaufende Zahnstufen oder dergleichen als Freilaufverzahnung auf, sodass diese im vorgespannten Zustand in einer Drehrichtung übereinander gleiten und in der anderen Richtung in Eingriff stehen und eine Drehmomentübertragung realisiert wird.The toothed disks 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 of the axial one-way clutches each have preferably oblique tooth steps or the like over the circumference as freewheel teeth, so that in the preloaded state they slide over one another in one direction of rotation and in the other Direction are engaged and torque transmission is realized.

Bei der beispielhaft dargestellten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes ist durch die erste Freilaufkupplung F1 ein Planetenradträger PT1 als Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes RS1 mit einem Sonnenrad SR2 als Getriebeelement des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbindbar. Über die zweite Freilaufkupplung F2 ist ein Hohlrad HR1 als Getriebeelement des ersten Planetenradsatzes RS1 und ein Planetenradträger PT3 als Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes RS3 mit einem Hohlrad HR2 als Getriebeelement des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbindbar. Über die dritte Freilaufkupplung F3 ist ein Sonnenrad SR3 als Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes RS3 mit einem Hohlrad HR3 als Getriebeelement des dritten Planetenradsatzes RS3 und mit einem Planetenradträger PT4 als Getriebeelement des vierten Planetenradsatzes RS4 verbindbar. Über die vierte Freilaufkupplung F4 ist ein Sonnenrad SR4 als Getriebeelement des vierten Planetenradsatzes RS4 mit einem Hohlrad HR4 als Getriebeelement des vierten Planetenradsatzes RS4 verbindbar.In the embodiment variant of the bottom bracket gear shown as an example, a planetary gear carrier PT1 as a gear element of the first planetary gear set RS1 can be connected to a sun gear SR2 as a gear element of the second planetary gear set RS2 through the first one-way clutch F1. A ring gear HR1 as a gear element of the first planetary gear set RS1 and a planet gear carrier PT3 as a gear element of the third planetary gear set RS3 can be connected to a ring gear HR2 as a gear element of the second planetary gear set RS2 via the second one-way clutch F2. Via the third one-way clutch F3, a sun gear SR3 as a gear element of the third planetary gear set RS3 can be connected to a ring gear HR3 as a gear element of the third planetary gear set RS3 and with a planetary gear carrier PT4 as a gear element of the fourth planetary gear set RS4. A sun gear SR4 as a gear element of the fourth planetary gear set RS4 can be connected to a ring gear HR4 as a gear element of the fourth planetary gear set RS4 via the fourth one-way clutch F4.

Bei der beispielhaft dargestellten Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes ist durch das erste Bremsschaltelement B1 das Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Gehäuse 20 verbindbar. Über das zweite Bremsschaltelement B2 ist das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit dem Gehäuse 20 verbindbar. Über das dritte Bremsschaltelement B3 ist das Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 mit dem Gehäuse 20 verbindbar. Über das vierte Bremsschaltelement B4 ist das Hohlrad HR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 mit dem Gehäuse 20 verbindbar.In the embodiment variant of the bottom bracket gearbox shown as an example, the sun gear SR2 of the second planetary gear set RS2 can be connected to the housing 20 through the first brake switching element B1. The ring gear HR2 of the second planetary gear set RS2 can be connected to the housing 20 via the second brake switching element B2. The sun gear SR3 of the third planetary gear set RS3 can be connected to the housing 20 via the third brake switching element B3. The ring gear HR4 of the fourth planetary gear set RS4 can be connected to the housing 20 via the fourth brake switching element B4.

In 2 ist eine Detailansicht der ersten Freilaufkupplung F1 dargestellt, bei der eine erste Zahnscheibe 4 der ersten Freilaufkupplung F1 über eine Mitnahmeverzahnung axial verschiebbar und drehfest mit dem Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden ist, wobei eine zweite Zahnscheibe 8 der ersten Freilaufkupplung F1 einteilig mit dem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ausgeführt ist, und wobei die erste Zahnscheibe 4 über ein erstes Federelement 12 gegen die zweite Zahnscheibe 8 der ersten Freilaufkupplung F1 bzw. gegen das Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 vorgespannt ist.In 2 a detailed view of the first one-way clutch F1 is shown, in which a first toothed disk 4 of the first one-way clutch F1 is axially displaceable and non-rotatably connected to the planetary gear carrier PT1 of the first planetary gear set RS1 via driving teeth, a second toothed disk 8 of the first one-way clutch F1 being integrally connected to the sun gear SR2 of the second planetary gear set RS2 is designed, and wherein the first toothed disk 4 is biased via a first spring element 12 against the second toothed disk 8 of the first one-way clutch F1 or against the sun gear SR2 of the second planetary gear set RS2.

In 3 ist eine Detailansicht der zweiten Freilaufkupplung F2 und der dritten Freilaufkupplung F3 dargestellt, wobei die Freilaufkupplungen F2 und F3 radial verschachtelt in dem Tretlagergetriebe angeordnet sind. Bei der zweiten Freilaufkupplung F2 ist eine erste Zahnscheibe 5 der zweiten Freilaufkupplung F2 über eine Mitnahmeverzahnung axial verschiebbar und drehfest mit dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden, wobei eine zweite Zahnscheibe 9 der zweiten Freilaufkupplung F2 einteilig mit dem Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 ausgeführt ist, wobei die erste Zahnscheibe 5 der zweiten Freilaufkupplung F2 über ein zweites Federelement 13 gegen die zweite Zahnscheibe 9 der zweiten Freilaufkupplung F2 bzw. gegen das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 vorgespannt ist.In 3 a detailed view of the second one-way clutch F2 and the third one-way clutch F3 is shown, the one-way clutches F2 and F3 being arranged radially nested in the bottom bracket gear. In the second one-way clutch F2, a first toothed disk 5 of the second one-way clutch F2 is axially displaceable and non-rotatably connected to the planetary gear carrier PT3 of the third planetary gear set RS3 via a driving toothing, with a second toothed disk 9 of the second one-way clutch F2 being made in one piece with the ring gear HR2 of the second planetary gear set RS2 is, wherein the first toothed disk 5 of the second one-way clutch F2 is biased via a second spring element 13 against the second toothed disk 9 of the second one-way clutch F2 or against the ring gear HR2 of the second planetary gear set RS2.

Um bei dieser Ausführung die durch das zweite Federelement 13 auf das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 aufgebrachte axiale Federkraft abzustützen, sodass die Axialkräfte innerhalb der zweiten Freilaufkupplung F2 verbleiben und nicht auf andere Getriebeelemente übertragen werden, ist ein Sicherungsring 16, zum Beispiel ein Sprengring oder dergleichen, an dem Planetenradträger PT3 des dritten Planetenradsatzes RS3 fixiert, sodass sich in vorteilhafter Weise das Hohlrad HR2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über eine Anlaufscheibe 17 oder dergleichen an dem Sicherungsring 16 axial abstützen kann.In order to support the axial spring force applied by the second spring element 13 to the ring gear HR2 of the second planetary gear set RS2 in this embodiment, so that the axial forces remain within the second one-way clutch F2 and cannot be transferred to other gear elements, a locking ring 16, for example a snap ring or the like, is fixed to the planetary gear carrier PT3 of the third planetary gear set RS3, so that the ring gear HR2 of the second planetary gear set RS2 is advantageously attached to the locking ring via a thrust washer 17 or the like 16 can support axially.

Bei der dritten Freilaufkupplung F3 ist eine erste Zahnscheibe 6 der dritten Freilaufkupplung F3 über eine Mitnahmeverzahnung axial verschiebbar und drehfest mit dem Sonnenrad SR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden, wobei eine zweite Zahnscheibe 10 der dritten Freilaufkupplung F3 einteilig mit dem Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 ausgeführt ist, und wobei die erste Zahnscheibe 6 der dritten Freilaufkupplung F3 über ein drittes Federelement 14 gegen die zweite Zahnscheibe 10 der dritten Freilaufkupplung F3 bzw. gegen das Hohlrad HR3 des dritten Planetenradsatzes RS3 vorgespannt ist.In the third one-way clutch F3, a first toothed disk 6 of the third one-way clutch F3 is axially displaceable and non-rotatably connected to the sun gear SR3 of the third planetary gear set RS3 via a driving toothing, with a second toothed disk 10 of the third one-way clutch F3 being designed in one piece with the ring gear HR3 of the third planetary gear set RS3 is, and wherein the first toothed disk 6 of the third one-way clutch F3 is biased via a third spring element 14 against the second toothed disk 10 of the third one-way clutch F3 or against the ring gear HR3 of the third planetary gear set RS3.

In 4 ist eine Detailansicht der vierten Freilaufkupplung F4 dargestellt. Bei der vierten Freilaufkupplung F4 ist eine erste Zahnscheibe 7 der vierten Freilaufkupplung F4 über eine Mitnahmeverzahnung axial verschiebbar und drehfest mit dem Sonnenrad SR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 verbunden, wobei eine zweite Zahnscheibe 11 der vierten Freilaufkupplung F4 einteilig mit dem Hohlrad HR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 ausgeführt ist, und wobei die erste Zahnscheibe 7 der vierten Freilaufkupplung F4 über ein viertes Federelement 15 gegen die zweite Zahnscheibe 11 der vierten Freilaufkupplung F4 bzw. gegen das Hohlrad HR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 vorgespannt ist.In 4 a detailed view of the fourth one-way clutch F4 is shown. In the fourth one-way clutch F4, a first toothed disk 7 of the fourth one-way clutch F4 is axially displaceable and non-rotatably connected to the sun gear SR4 of the fourth planetary gear set RS4 via a driving toothing, with a second toothed disk 11 of the fourth one-way clutch F4 being made in one piece with the ring gear HR4 of the fourth planetary gear set RS4 is, and wherein the first toothed disk 7 of the fourth one-way clutch F4 is biased via a fourth spring element 15 against the second toothed disk 11 of the fourth one-way clutch F4 or against the ring gear HR4 of the fourth planetary gear set RS4.

Bei der in 4 dargestellten Ausführung dient das vierte Federelement 15 gleichzeitig zum Vorspannen einer weiteren Freilaufkupplung Fe, die zum Beispiel ein elektrisches Antriebsmoment auf das Tretlagergetriebe übertragen kann. Hierzu sind die vierte Freilaufkupplung F4 und die weitere Freilaufkupplung Fe axial nebeneinander angeordnet, sodass eine axial verschiebbar und drehfest mit dem Sonnenrad SR4 des vierten Planetenradsatzes RS4 verbundene erste Zahnscheibe 18 der weiteren Freilaufkupplung Fe ebenfalls von dem vierten Federelement 15 gegen eine zweite Zahnscheibe 19 der Freilaufkupplung Fe vorgespannt ist, wobei die zweite Zahnscheibe 19 einteilig mit einem zum Beispiel über einen Ketten oder Riementrieb angetriebenen Rad ausgeführt ist.At the in 4 In the embodiment shown, the fourth spring element 15 simultaneously serves to preload a further one-way clutch Fe, which can, for example, transmit an electrical drive torque to the bottom bracket gear. For this purpose, the fourth one-way clutch F4 and the further one-way clutch Fe are arranged axially next to one another, so that a first toothed disk 18 of the further one-way clutch Fe, which is axially displaceable and non-rotatably connected to the sun gear SR4 of the fourth planetary gear set RS4, is also supported by the fourth spring element 15 against a second toothed disk 19 of the one-way clutch Fe is biased, the second toothed pulley 19 being designed in one piece with a wheel driven, for example, via a chain or belt drive.

BezugszeichenReference symbols

11: Fahrrad oder PedelecBicycle or Pedelec
22: Tretkurbelwellepedal crankshaft
33: Abtriebdownforce
44: erste Zahnscheibe der ersten Freilaufkupplungfirst toothed pulley of the first one-way clutch
55: erste Zahnscheibe der zweiten Freilaufkupplungfirst toothed pulley of the second one-way clutch
66: erste Zahnscheibe der dritten Freilaufkupplungfirst toothed pulley of the third one-way clutch
77: erste Zahnscheibe der vierten Freilaufkupplungfirst toothed pulley of the fourth one-way clutch
88th: zweite Zahnscheibe der ersten Freilaufkupplungsecond toothed pulley of the first one-way clutch
99: zweite Zahnscheibe der zweiten Freilaufkupplungsecond toothed disk of the second one-way clutch
1010: zweite Zahnscheibe der dritten Freilaufkupplungsecond toothed pulley of the third one-way clutch
1111: zweite Zahnscheibe der vierten Freilaufkupplungsecond toothed pulley of the fourth one-way clutch
1212: erstes Federelementfirst spring element
1313: zweites Federelementsecond spring element
1414: drittes Federelementthird spring element
1515: viertes Federelementfourth spring element
1616: SicherungsringCirclip
1717: Anlaufscheibethrust washer
1818: erste Zahnscheibe einer weiteren Freilaufkupplungfirst toothed pulley of another one-way clutch
1919: zweite Zahnscheibe der weiteren Freilaufkupplungsecond toothed disk of the additional one-way clutch
2020: GehäuseHousing
RS1RS1: PlanetenradsatzPlanetary gear set
RS2RS2: PlanetenradsatzPlanetary gear set
RS3RS3: PlanetenradsatzPlanetary gear set
RS4RS4: PlanetenradsatzPlanetary gear set
B1B1: erstes Bremsschaltelementfirst brake switching element
B2B2: zweites Bremsschaltelementsecond brake switching element
B3B3: drittes Bremsschaltelementthird brake switching element
B4B4: viertes Bremsschaltelementfourth brake switching element
F1F1: erste Freilaufkupplungfirst one-way clutch
F2F2: zweite Freilaufkupplungsecond one-way clutch
F3F3: dritte Freilaufkupplungthird one-way clutch
F4F4: vierte Freilaufkupplungfourth one-way clutch
FeFe: weitere Freilaufkupplunganother one-way clutch
SR1SR1: Sonnenrad des ersten PlanetenradsatzesSun gear of the first planetary gear set
PT1PT1: Planetenradträger des ersten PlanetenradsatzesPlanetary gear carrier of the first planetary gear set
HR1HR1: Hohlrad des ersten PlanetenradsatzesRing gear of the first planetary gear set
SR2SR2: Sonnenrad des zweiten PlanetenradsatzesSun gear of the second planetary gear set
PT2PT2: Planetenradträger des zweiten PlanetenradsatzesPlanetary gear carrier of the second planetary gear set
HR2HR2: Hohlrad des zweiten PlanetenradsatzesRing gear of the second planetary gear set
SR3SR3: Sonnenrad des dritten PlanetenradsatzesSun gear of the third planetary gear set
PT3PT3: Planetenradträger des dritten PlanetenradsatzesPlanetary gear carrier of the third planetary gear set
HR3HR3: Hohlrad des dritten PlanetenradsatzesRing gear of the third planetary gear set
SR4SR4: Sonnenrad des vierten PlanetenradsatzesSun gear of the fourth planetary gear set
PT4PT4: Planetenradträger des vierten PlanetenradsatzesPlanetary gear carrier of the fourth planetary gear set
HR4HR4: Hohlrad des vierten PlanetenradsatzesRing gear of the fourth planetary gear set

Claims

Bottom bracket gear for a bicycle or Pedelec with a pedal crankshaft (1) as a transmission input shaft, with an output (3) as a transmission output shaft, with at least one actively switchable brake switching element (B1, B2, B3, B4) and with at least one indirectly via the brake switching element (B1, B2, B3, B4) one-way clutch (F1, F2, F3, F4) to be switched between a locking direction state and an overrunning drive state in order to realize several gear ratio stages, each one-way clutch (F1, F2, F3, F4) being a first one connected to a gear element as a freewheel toothing Toothed disk (4, 5, 6, 7, 18) and a second toothed disk (8, 9, 10, 11, 19) connected to a further gear element, and at least one of the toothed disks (4, 5, 6, 7, 8 , 9, 10, 11, 18, 19) axially movable and against the other toothed disk (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18) via at least one spring element (12, 13, 14, 15), 19) is biased for rotationally fixed connection in one direction of rotation of the toothed disks (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19), characterized in that two one-way clutches (F1, F2, F3, F4, Fe ) are arranged axially next to each other, one of the toothed disks (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19) of the two one-way clutches being arranged axially movable on a common gear element and supported by a common spring element (12, 13, 14, 15) is biased against the other toothed disk (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19) of the two one-way clutches (F1, F2, F3, F4, Fe).

Bottom bracket gear Claim 1 , characterized in that a non-axially movable toothed disk (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19) is made in one piece with the associated gear element.

Bottom bracket gear Claim 2 , characterized in that the gear element, which is made in one piece with the toothed disk (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19), is rotatable and axially fixed to the other toothed disk (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19) coupled gear element is arranged.

Bottom bracket gear according to one of the preceding claims, characterized in that the freewheel teeth of the toothed disks (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19) are arranged axially next to one another.

Bottom bracket gear according to one of the preceding claims, characterized in that a helical spring is provided as the spring element (12, 13, 14, 15).

Bottom bracket gear according to one of the preceding claims, characterized in that the spring element (12, 13, 14, 15) of the one-way clutches (F1, F2, F3, F4, Fe) is radially inside in relation to the freewheel teeth of the toothed disks (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 18, 19) is arranged.

Bottom bracket gear according to one of the preceding claims, characterized in that two one-way clutches (F1, F2, F3, F4, Fe) are arranged radially nested to one another.

Bottom bracket gear according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of planetary gear sets (RS1, RS2, RS3, RS4) are provided, the gear elements of which are coupled to one another in such a way that via the brake switching elements (B1, B2, B3, B4) and via the freewheel clutches ( F1, F2, F2, F4) several translation levels can be achieved.

Bottom bracket gear Claim 8 , characterized in that via the first one-way clutch (F1), a planetary gear carrier (PT1) as a gear element of a first planetary gear set (RS1) can be connected to a sun gear (SR2) as a gear element of a second planetary gear set (RS2), that via the second one-way clutch (F2) a ring gear (HR1) as a gear element of the first planetary gear set (RS1) and a planetary gear carrier (PT3) as a gear element of a third planetary gear set (RS3) can be connected to a ring gear (HR2) as a gear element of the second planetary gear set (RS2) that via the third one-way clutch ( F3) a sun gear (SR3) as a gear element of the third planetary gear set (RS3) with a ring gear (HR3) as a gear element of the third planetary gear set (RS3) and with a planetary gear carrier (PT4) as a gear element of the fourth planetary gear set (RS4) can be connected, and that via the fourth one-way clutch (F4) a sun gear SR4 as a gear element of the fourth planetary gear set (RS4) with a ring gear ( HR4) can be connected as a gear element of the fourth planetary gear set (RS4).

Bottom bracket gear Claim 9 , characterized in that a first toothed disk (4) of the first one-way clutch (F1) is axially displaceable and non-rotatably connected to the planetary gear carrier (PT1) of the first planetary gear set (RS1) via a driving toothing, that a second toothed disk (8) of the first one-way clutch ( F1) is designed in one piece with the sun gear (SR2) of the second planetary gear set (RS2), the first toothed disk (4) being connected via a first spring element (12) against the second toothed disk (8) of the first one-way clutch (F1) or against the sun gear (SR2) of the second planetary gear set (RS2) is preloaded.

Bottom bracket gear Claim 9 or 10 , characterized in that a first toothed disk (5) of the second one-way clutch (F2) is axially displaceable and non-rotatably connected to the planetary gear carrier (PT3) of the third planetary gear set (RS3) via a driving toothing, that a second toothed disk (9) of the second one-way clutch ( F2) is designed in one piece with the ring gear (HR2) of the second planetary gear set (RS2), the first toothed disk (5) of the second one-way clutch (F2) being held against the second toothed disk (9) of the second one-way clutch (F2) via a second spring element (13). ) or is biased against the ring gear (HR2) of the second planetary gear set (RS2).

Bottom bracket gear Claim 11 , characterized in that a locking ring (16) is fixed on the planet gear carrier PT3 of the third planetary gear set (RS3) to support an axial spring force applied by the second spring element (13), the ring gear (HR2) of the second planetary gear set (RS2) being above a thrust washer (17) is axially supported on the locking ring (16).

Bottom bracket gear according to one of the Claims 9 until 12 , characterized in that a first toothed disk (6) of the third one-way clutch (F3) is axially displaceable and non-rotatably connected to the sun gear (SR3) of the third planetary gear set (RS3) via a driving toothing, that a second toothed disk (10) of the third one-way clutch ( F3) is designed in one piece with the ring gear (HR3) of the third planetary gear set (RS3), the first toothed disk (6) of the third one-way clutch (F3) being held against the second toothed disk (10) of the third one-way clutch (F3) via a third spring element (14). ) or is biased against the ring gear (HR3) of the third planetary gear set (RS3).

Bottom bracket gear according to one of the Claims 9 until 13 , characterized in that a first toothed disk (7) of the fourth one-way clutch (F4) is axially displaceable and non-rotatably connected to the sun gear (SR4) of the fourth planetary gear set (RS4) via a driving toothing, that a second toothed disk (11) of the fourth one-way clutch ( F4) is designed in one piece with the ring gear (HR4) of the fourth planetary gear set (RS4), the first toothed disk (7) of the fourth one-way clutch (F4) being held against the second toothed disk (11) of the fourth one-way clutch (F4) via a fourth spring element (15). ) or is biased against the ring gear (HR4) of the fourth planetary gear set (RS4).

Bicycle or Pedelec with a bottom bracket gear according to one of the preceding claims.