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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betätigen eines Schaltelements mit einer federbelasteten Sperrklinke zum Sperren und Freigeben eines Getriebebauteils, wobei die Sperrklinke in Wirkverbindung mit einer drehbar gelagerten Schaltwalze steht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betätigen des Schaltelements der Anordnung. Zudem betrifft die Erfindung ein Tretlagergetriebe für ein Fahrrad oder Pedelec mit der Anordnung.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2019 220 044 A1 ist ein Tretlagergetriebe mit einer Anordnung zum Betätigen eines Schaltelements bekannt. Die Anordnung umfasst eine drehbar angeordnete Schaltwalze, wobei die Schaltwalze an ihrem Umfangsbereich mehrere axial nebeneinander verlaufende Nockenkonturen zur Betätigung mehrerer Bremsklinken der Bremsschaltelemente aufweist. Damit die Schaltwalze in beide Drehrichtungen zum Betätigen der Bremsklinken drehbar ist, wird die Nockenkontur mit Bergen und Tälern mit identischem Steigungsverlauf für das Einlagen und Auslegen der Sperrklinke ausgeführt. Demzufolge wird sowohl das Einlegen als auch das Auslegen durch die Drehgeschwindigkeit der Schaltwalze festgelegt, sodass die Einlegdauer und die Auslegedauer bei der Sperrklinke identisch sind. Ein schnelleres Einlegen der Sperrklinke, um mechanische und akustische Probleme zu vermeiden, wäre nur durch eine größere Motorleistung des Drehantriebes der Schaltwalze möglich.
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DE 197 13 423 B4 zeigt eine Vorrichtung zur automatisierten Betätigung eines zwischen mehreren Gängen schaltbaren Getriebes mit einem bei einem Gangwechsel automatisiert betätigbaren Drehmomentübertragungssystem, mit einem von einer Antriebseinheit antreibbaren Betätigungselement und einem getriebeseitig angeordneten betätigbaren Schaltelement.
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DE 10 2020 106 248 A1 zeigt eine Elektromotor-Getriebe-Anordnung für einen hybridischen oder rein elektrischen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einem Elektromotor, wobei der Elektromotor einen gehäusefesten, gesamtheitlich ringförmig ausgebildeten Stator und einen radial innerhalb des Stators, relativ zu dem Stator verdrehbar gelagerten Rotor aufweist, sowie mit einem an den Rotor anschließenden angekoppelten Getriebe.
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DE 10 2013 212 898 A1 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein elektrisches Zweirad, die ein erstes Planetengetriebe mit einem ersten Sonnenrad, einem ersten Hohlrad und einem ersten Planetenrad sowie ein zweites Planetengetriebe mit einem zweiten Sonnenrad, einem zweiten Hohlrad und einem zweiten Planetenrad, umfasst. Es sind zudem ein Planetenradträger offenbart, auf dem das erste und das zweite Planetenrad drehbar gelagert sind, eine Eingangswelle, die mit den Sonnenrädern verbunden ist, eine Ausgangswelle, die mit dem Planetenradträger verbunden ist, und eine Schalteinrichtung zur drehfesten Abstützung eines der Hohlräder an einem Rahmenelement des Zweirads.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zum Betätigen eines Schaltelements sowie ein Tretlagergetriebe mit der Anordnung vorzuschlagen, bei denen das Einlegen der Sperrklinke möglichst einfach und kostengünstig ohne Leistungssteigerung bei dem Drehantrieb der Schaltwalze beschleunigt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 beziehungsweise 8 beziehungsweise 9 gelöst. Weitere vorteilhafte und beanspruchte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Somit wird eine Anordnung zum Betätigen eines Schaltelementes mit einer federbelasteten Sperrklinke zum Sperren und Freigeben eines Getriebebauteils vorgeschlagen, wobei die Sperrklinke in Wirkverbindung mit einer drehbar gelagerten Schaltwalze steht, wobei die Schaltwalze zumindest einen Schaltnockenring mit einer Nockenkontur aufweist und wobei der Schaltnockenring verdrehbar mit einem bezogen auf die Schaltwalze vorbestimmten Verdrehspiel auf der Schaltwalze gelagert ist.
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Auf diese Weise wird ein schnelleres Einlegen der Sperrklinke durch eine Entkopplung der Position von Schaltwalze zu Schaltnockenring während des Einlegevorgangs bei der vorgeschlagenen Anordnung realisiert. Zudem wird eine dynamische Lageregelung der Betätigung ermöglicht, da ein Überschwingen wegen der mechanischen Entkopplung nicht zwangsläufig zum Überdrehen des Schaltnockenrings führt. Ferner ergeben sich nur geringe Anforderungen an die Sensierungsgenauigkeit des Schaltwalzenwinkels aufgrund der Selbstausrichtung des Schaltnockenrings durch das vorhandene Verdrehspiel. Durch die Erhöhung der Einlegegeschwindigkeit der Sperrklinke aufgrund des auf der Schaltwalze partiell verdrehbar gelagerten Schaltnockenrings werden zudem mechanische und auch akustische Probleme während des Einlegevorganges verhindert. Schließlich ergibt sich aufgrund der einfachen Ausführung der vorgeschlagenen Anordnung Potential für eine Gewichts- und Fertigungskostenreduzierung durch Wahl unterschiedlicher Werkstoffe für die Schaltwalze und den Schaltnockenring.
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Das Verdrehspiel zwischen der Schaltwalze und dem Schaltnockenring kann an beliebiger Stelle auf dem mechanischen Pfad zwischen Betätigung und Schaltnockenring realisiert werden. Eine möglichst konstruktiv einfache Ausführung zum Realisieren des vorbestimmten Verdrehspiels des Schaltnockenrings in Bezug auf die Schaltwalze kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass das vorbestimmte Verdrehspiel des Schaltnockenrings mittels zumindest einer in Umfangsrichtung verlaufenden Nut und zumindest einem in der Nut in Umfangsrichtung bewegbaren Führungselement begrenzt ist.
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Beispielsweise kann bei der vorgeschlagenen Anordnung vorgesehen sein, dass jede Nut in Umfangsrichtung an dem Außendurchmesserbereich der Schaltwalze vorgesehen ist und dass jedes Führungselement radial nach innen von dem Innendurchmesserbereich des Schaltnockenrings in die Nut vorsteht beziehungsweise eingreift. Es ist auch möglich, dass die Anordnung von Nut und Führungselement an dem Schaltnockenring und der Schaltwalze vertauscht wird.
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Bei der vorgeschlagenen Anordnung wird das jeweils vorgesehene Verdrehspiel jedes Schaltnockenrings relativ zur Schaltwalze durch die Länge des Drehwinkelbereiches jeder Nut festgelegt.
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Die Ausgestaltung der Sperrklinke kann auf verschiedene Arten erfolgen. Besonders vorteilhaft ist die Ausführung, bei der die Sperrklinke als Kipphebel ausgeführt ist, wobei ein erster Kipphebelarm einer Sperrverzahnung des Getriebebauteils zum Sperren und Freigeben des Getriebebauteils zugeordnet ist und wobei ein zweiter Kipphebelarm der entlang des Umfanges des Schaltnockenrings angeordneten Nockenkontur zugeordnet ist.
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Vorzugsweise kann bei der vorgeschlagenen Anordnung vorgesehen sein, dass die Nockenkontur mehrere Berge und Täler aufweist, wobei jeder Berg an seiner Spitze beziehungsweise an seinem höchsten Punkt eine Mulde, Vertiefung oder dergleichen aufweist. Hierdurch wird während der Betätigung eine stabile Position des Schaltnockenrings sichergestellt, wenn die Sperrklinke sich in der Mulde an der Nockenkontur befindet.
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Um sicherzustellen, dass die Sperrklinke während der Betätigung in Wirkverbindung mit der Nockenkontur verbleibt, ist die Sperrklinke federbelastet ausgeführt. Beispielsweise kann eine Druckfeder an dem der Sperrverzahnung zugewandten Ende eingesetzt werden oder es kann auch zum Beispiel eine Schenkelfeder verwendet werden. Es sind jedoch auch andere Energiespeicher einsetzbar, die sicherstellen, dass die Sperrklinke in Wirkverbindung mit der Nockenkontur steht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch ein Verfahren zum Betätigen eines Schaltelements der vorbeschriebenen Anordnung gelöst, wobei sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile ergeben.
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Im Rahmen des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schaltwalze zum Auslegen der Sperrklinke aus einer Sperrverzahnung derart gedreht wird, bis die Sperrklinke in der Mulde des Berges der Nockenkontur des zugeordneten Schaltnockenrings stabil verbleibt. Anschließend wird die die Schaltwalze zum Einlegen der Sperrklinke in die Sperrverzahnung im des Getriebebauteils weiter gedreht, bis die Sperrklinke die Mulde verlässt, sodass der von der Schaltwalze entkoppelte Schaltnockenring aufgrund des Verdrehspiels zwischen der Schaltwalze und dem Nockenring sowie durch die auf die Nockenkontur des Schaltnockenrings wirkende Federkraft der Sperrklinke über die Drehgeschwindigkeit der Schaltwalze hinaus zum Verkürzen der Einlegedauer beschleunigt wird.
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Ferner wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch durch ein Tretlagergetriebe für ein Fahrrad oder Pedelec mit zumindest einer vorbeschriebenen Anordnung gelöst. Bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe kann auch das vorbeschriebene Verfahren durchgeführt werden, wobei sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile ergeben.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Betätigen eines Schaltelements eines Tretlagergetriebes mit einer federbelasteten Sperrklinke im ausgelegten Zustand;
- 2 eine schematische Ansicht der Anordnung mit einer bis zu einer Mitnahmeposition eines Schaltnockenrings weiter gedrehten Schaltwalze im ausgelegten Zustand der Sperrklinke;
- 3 eine schematische Ansicht der Anordnung mit der gemeinsam mit dem Schaltnockenring gedrehten Schaltwalze im ausgelegten Zustand der Sperrklinke; und
- 4 eine schematische Ansicht der Anordnung nach einer beschleunigten Drehbewegung des Schaltnockenrings unabhängig von der Schaltwalze in den eingelegten Zustand der Sperrklinke.
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In den 1 bis 4 sind mehrere Ansichten einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Betätigen eines Schaltelements in verschiedenen Zuständen einer Sperrklinke beispielhaft anhand eines nur schematisch angedeuteten Tretlagergetriebes 1 dargestellt.
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Bei der Anordnung zum Betätigen des Schaltelements mit einer federbelasteten Sperrklinke 2 zum Sperren und Freigeben eines Getriebebauteils des Tretlagergetriebes 1 steht die Sperrklinke 2 in Wirkverbindung mit einer drehbar gelagerten über einen Drehantrieb beziehungsweise einen Aktor angetriebenen Schaltwalze 3. Als Schaltelement können beispielsweise mehrere Bremsschaltelemente bei dem Tretlagergetriebe zum Schalten von Gangstufen vorgesehen sein, wobei den Bremsschaltelementen jeweils eine Sperrklinke 2 zugeordnet ist, um ein zugeordnetes Getriebebauteil, wie zum Beispiel ein Hohlrad, ein Planetenradträger oder ein Sonnenrad des in Planetenbauweise ausgeführten Tretlagergetriebes 1 zu sperren beziehungsweise festzusetzen.
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Die Schaltwalze 3 weist einen oder mehrere Schaltnockenringe 4 mit jeweils einer Nockenkontur auf. Um eine Entkopplung zwischen der Schaltwalze 3 und dem Schaltnockenring 4 zu realisieren, ist vorgesehen, dass der Schaltnockenring 4 verdrehbar mit einem vorbestimmten Verdrehspiel auf der Schaltwalze 3 zum Beispiel schwimmend gelagert ist.
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Der definierte Verdrehwinkel zwischen der Schaltwalze 3 und dem Schaltnockenring 4 wird durch mehrere in Umfangsrichtung entlang des Außendurchmessers der Schaltwalze 3 vorgesehene Nuten 5 und durch den Nuten 5 zugeordnete Führungselemente 6 realisiert, wobei die Führungselementes beziehungsweise Nasen 6 von dem Innendurchmesserbereich des Schaltnockenrings 4 radial nach innen in die zugeordnete Nut 5 vorstehen.
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Wie aus den 1 bis 4 ersichtlich ist, weist der beispielhaft dargestellte Schaltnockenring 4 eine Nockenkontur aus mehreren in Umfangsrichtung nacheinander liegenden Bergen 7 und Täler 8 mit identischen Steigungsverläufen auf.
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Die Sperrklinke 2 ist als Kipphebel ausgeführt, wobei ein erster Kipphebelarm einer Sperrverzahnung 9 des Getriebebauteils 10 zum Sperren und Freigeben des Getriebebauteils 10 zugeordnet ist und wobei ein zweiter Kipphebelarm der entlang des Umfanges des Schaltnockenrings 4 angeordneten Nockenkontur zugeordnet ist.
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Zum Einlegen und Auslegen der Sperrklinke 2 muss der Schaltnockenring 4 über die Schaltwalze 3 verdreht werden, sodass die auf der Nockenkontur gleitende Sperrklinke 2 von Berg 7 zu Tal 8 bewegt wird. Die Sperrklinke 2 wird dabei vorzugsweise durch eine Rückstellfeder 11 auf der Nockenkontur gehalten. Der Einlegevorgang in der Nachfolgemechanik findet dabei während eines Wechsels von Berg 7 zu Tal 8 an der Nockenkontur statt. Um die Sperrklinke 2 und den Schaltnockenring 4 bei Erreichen eines Berges 7 stabil zu halten, ist jeder Berg 7 mit einer Mulde beziehungsweise Vertiefung 12 versehen.
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In 1 ist der ausgelegte Zustand der Sperrklinke 2 dargestellt. Zum Einlegen der Sperrklinke 2 wird die Schaltwalze 3 weiter gedreht, wobei der entkoppelte Schaltnockenring 4 dabei aufgrund des Verdrehspiels in seiner Position verbleibt und wobei die Sperrklinke in der Mulde 12 verbleibt, bis das Führungselement 6 in der zugeordneten Nut 5 in Umfangsrichtung ein Ende der Nut 5 erreicht, sodass die Schaltwalze 3 den Schaltnockenring 4 wieder mitbewegt beziehungsweise mitnimmt, welches in 2 dargestellt ist. Anschließend wird der Schaltnockenring 4 durch die mechanische Kopplung ebenfalls mit der Geschwindigkeit der Schaltwalze 3 weiter gedreht bis die Sperrklinke 2 den höchsten Punkt des Berges 7 überschritten hat und die Mulde 12 verlässt, welches in 3 dargestellt ist. Nun bewirkt die von der Sperrklinke 2 auf den Schaltnockenring 4 wirkende Federkraft der Rückstellfeder 11 und die abfallende Steigung beziehungsweise das Gefälle vom Berg 7 zum Tal 8 an der Nockenkontur ein Drehmoment auf den Schaltnockenring 4. Hierdurch wird der Schaltnockenring 4 in Richtung seiner Rotationsgeschwindigkeit weiter beschleunigt. Aufgrund des Verdrehspiels zwischen der Schaltwalze 3 und dem Schaltnockenring 4 kann der Schaltnockenring 4 nun schneller Rotieren als die Schaltwalze 3, sodass der Einlegevorgang der Sperrklinke 2 beschleunigt wird und nicht durch die Rotationsgeschwindigkeit der Schaltwalze 3 begrenzt wird. Der eingelegte Zustand der Sperrklinke ist in 4 dargestellt.
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Bezugszeichen
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- 1
- Tretlagergetriebe
- 2
- Sperrklinke
- 3
- Schaltwalze
- 4
- Schaltnockenring
- 5
- Nut
- 6
- Führungselement beziehungsweise Nase
- 7
- Berg
- 8
- Tal
- 9
- Sperrverzahnung
- 10
- Getriebebauteil
- 11
- Rückstellfeder
- 12
- Mulde beziehungsweise Vertiefung
