DE20020613U1 - Freilauf für ein Schaltgetriebe - Google Patents

Description

diro Konstruktion GmbH & Co. KG

# 5824 Br

04.12.2000- Beschreibung -

Freilauf für ein Schaltgetriebe

Die Erfindung bezieht sich auf einen Freilauf für ein Schaltgetriebe, insbesondere ein Schaltgetriebe für einen Elektroantrieb, der z.B. in einem Fahrrad anwendbar ist.

Bei der Fahrt mit einem Fahrrad mit Elektroantrieb besteht in der Regel ein Bedürfnis nach hohen Ausgangsleistungen des Elektroantriebs sowohl bei kleinen Drehzahlen, wie zum Beispiel an einer Steigung, als auch bei hohen Drehzahlen, zum Beispiel bei einer ebenen Fahrt mit Maximalgeschwindigkeit. Herkömmliche kleinbauende, schnell laufende Elektromotoren mit geringerer Ausgangsleistung ermöglichen jedoch nicht über den gesamten Drehzahlbereich der Radtrommel ein befriedigendes Strom-Leistungs-Verhältnis.

Aufgrund des begrenzten Bauraums und auch aus Kostengründen ist hier die Verwendung eines Schaltgetriebes, mit dem wahlweise verschiedene Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungen eingestellt werden können, wünschenswert.

Bei Fahrrädern mit einem Hilfsantrieb, wie zum Beispiel einem Elektroantrieb, muss jedoch die komplette Antriebseinheit einschließlich des Schaltgetriebes in der Radtrommel, an der die Radspeichen befestigt sind, untergebracht werden.

Problematisch ist hier insbesondere die geringe axiale Erstreckung der Radtrommel. Aufgrund des geringen Bauraums und aus Kostengründen muss ein Schaltgetriebe klein dimensioniert werden und dennoch einen sicheren Schaltvorgang ermöglichen.

Eine Möglichkeit einer Schaltung eines Getriebes bei geringem Bauraum besteht darin, ein Getriebe mit zwei oder mehr Abtriebswellen vorzusehen, die wahlweise mit einer Ausgangswelle verbunden werden können. Derartige Konstruktionen sind im allgemeinen relativ aufwendig.

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Weiterhin besteht die Möglichkeit, in einem Getriebe zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle einen schaltbaren Freilauf vorzusehen. Bei einem derartigen herkömmlichen schaltbaren Freilauf kann mittels einer Schalteinrichtung von einer eingeschalteten Stellung mit Drehmomentübertragung in eine freigegebene Stellung ohne Drehmomentübertragung umgeschaltet werden, d.h. die Drehmomentübertragung durch Betätigung der Schalteinrichtung ausgeschaltet werden. Der Übergang von der ausgeschalteten in die eingeschaltete Stellung erfolgt selbsttätig, wenn die Antriebswelle sich schneller als die Abtriebswelle dreht. Derartige ausschaltbare Freiläufe sind im allgemeinen ebenfalls relativ aufwendig und benötigen einen größeren Bauraum.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem Stand der Technik Verbesserungen zu schaffen und insbesondere mit relativ geringem Aufwand einen kleinbauenden, kostengünstig herstellbaren Freilauf zwischen zwei konzentrischen Wellen zu schaffen, der einen sicheren Schaltvorgang zwischen zwei Schaltpositionen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Freilauf für ein Schaltgetriebe mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1. Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

Der erfindungsgemäße Freilauf weist eine freigegebene zweite Stellung auf, in der kein Drehmoment zwischen den Wellen übertragen wird, so dass die Drehmomentübertragung über ein anderes Zahnrad der Antriebswelle erfolgen kann. In der ersten Stellung wird ein Drehmoment zwischen den Wellen übertragen, indem die Mitnehmer zwischen den Wellen eingeklemmt werden. Die Überführung von der zweiten in die erste Stellung erfolgt über eine Schalteinrichtung, die über Schaltmittel die Mitnehmer in die eingeklemmte Stellung befördert. Im Unterschied zu den herkömmlichen schaltbaren Freilaufkupplungen wird somit durch die Schalteinrichtung die Drehmomentübertragung eingeschaltet und nicht ausgeschaltet.

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Die Überführung von der ersten in die zweite Stellung kann vorteilhafterweise durch eine Federeinrichtung erfolgen. Hierbei wirkt die Federkraft dauerhaft auf die eingeklemmten Mitnehmer, kann diese jedoch unter Last nicht aus der eingeklemmten Stellung herausziehen. Hierzu kann eine Federkraft auf die Schaltmittel, z.B. einen Käfig mit Fingern oder Stegen wirken, die auf die jeweiligen Mitnehmer wiederum von der eingeklemmten Stellung in die freigegebene Stellung wirkt. Indem zumindest kurzzeitig der Antrieb ausgeschaltet wird, z.B. durch Ausschalten des Elektromotors, können die Mitnehmer freigegeben werden, so dass sie von der Federkraft in die zurückgezogene Stellung zurückgezogen werden.

Weiterhin ist vorteilhafterweise auch eine Rückstellung in die zweite Stellung möglich, indem die Abtriebswelle eine höhere Drehzahl aufweist als die Antriebswelle, z.B. wenn die Abtriebswelle von einer anderen Seite her angetrieben wird und hierbei schneller angetrieben wird als über die Freilaufkupplung.

Der erfindungsgemäße schaltbare Freilauf kann insbesondere in einem radialen Zwischenraum zwischen einer zylindrischen Außenfläche der Antriebswelle und einer zylindrischen Innenfläche des ersten Eingangszahnrades vorgesehen sein und Mitnehmer aufweisen, die in der eingeschalteten Stellung zwischen diesen Flächen klemmen und in der ausgeschalteten Stellung sich in einer zurückgezogenen Stellung befinden.

Der Umschaltvorgang in die eingeschaltete Stellung kann durch einen Käfig erfolgen, der die einzelnen Mitnehmer in die eingeklemmte Position befördert, in der sie bei Drehmomentübertragung fest eingeklemmt bleiben. Hierzu kann eine Schaltscheibe rotationsfest mit dem Käfig verbunden sein, die zwar mit dem ersten Eingangszahnrad mitrotieren kann, jedoch diesem gegenüber um einen Verstellwinkel gegen die Antriebsrichtung verstellt werden kann. Bei dieser Verstellung schieben die Finger des Käfigs die Mitnehmer in die eingeklemmte Position, so dass diese auch bei Rückstellung der Schaltscheibe und des Käfigs eingeklemmt bleiben.

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Der Verstellwinkel kann z.B. eingestellt werden, indem die Schaltscheibe gegen einen gehäuseseitig festen Anschlag geführt wird, durch den sie aufgrund der Reibung zumindest kurzzeitig abgebremst wird. Die Schaltscheibe kann hierzu z.B. in axialer Richtung verschiebbar sein, ein ferromagnetisches Material aufweisen und durch eine gehäuseseitig feste, stromdurchflossene Schaltspule in axialer Richtung gegen den Anschlag gezogen werden.

Die Federeinrichtung kann z.B. eine Schraubenfeder zwischen der äußeren Welle und der Schalteinrichtung sein oder durch mehrere elastische Körper, z.B. Stahlfedern oder Blechfedern gebildet werden, die gespannt werden durch eine radiale Streckung oder Stauchung oder eine axiale Streckung oder Stauchung.

Bei einem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe ist somit eine Schaltung zwisehen zwei Untersetzungen möglich durch eine Schalteinrichtung, die zwischen dem Motor und dem Zahnradgetriebe angeordnet ist. Sie weist eine schaltbare Freilaufkupplung zwischen der Antriebswelle und dem ersten Eingangszahnrad auf.

In einem ersten Fall, in dem der erste Freilauf bzw. die Freilaufkupplung in der ausgeschalteten Position ist und somit kein Drehmoment überträgt, kann der Abtrieb über das zweite Eingangszahnrad auf die zweiten Außenzahnräder der Umlauf Zahnräder erfolgen, die wiederum über die ersten Außenzahnräder mit dem abtriebsseitigen Innenzahnrad in Eingriff sind. Hierbei kann eine hohe Untersetzung von z.B. mehr als 1:30 eingestellt werden.

In einem zweiten Fall, in dem der erste Freilauf in der eingeschalteten Position ist und somit ein Drehmoment überträgt, kann der Abtrieb über das erste Eingangszahnrad auf die ersten Außenzahnräder der Umlaufzahnräder erfolgen. Die zweiten Außenzahnräder drehen aufgrund der starren Kopplung mit der gleichen Drehzahl. Da erfindungsgemäß die Übersetzung des ersten Außen radpaarsystems größer als die Übersetzung des zweiten Außenradpaarsystems ist, wird das zweite Eingangszahnrad von den zweiten Außenzahnrädern schneller gedreht als von der Antriebswelle. Somit gibt der zweite Frei-

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lauf die Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem zweiten Eingangszahnrad frei. Es wird über das abtriebsseitige Innenzahnrad eine geringere Untersetzung von z.B. 1:15 bis 1:20 erzielt.

Somit kann ein Schaltgetriebe geschaffen werden, das relativ kleinbauend, insbesondere in axialer Richtung kleinbauend ist und dennoch eine freie Wahl einer hohen und einer sehr hohen Untersetzung gewährleistet.

Neben dem Einsatz in einem Schaltgetriebe eines Elektrofahrrades sind auch andere Einsatzgebiete für den erfindungsgemäßen schaltbaren Freilauf möglich.

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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische, teilweise gebrochene Darstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit mit einem Elektromotor und einem erfindungsgemäßen Getriebe;

Figur 2 einen Axialschnitt durch die Antriebseinheit von Figur 1;
Figur 3 einen Ausschnitt aus Figur 1;

Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines Teils des Getriebes von Figur 1;

Figur 5 einen Radialschnitt durch das Getriebe der Figuren 1-4;

Figur 6 a, b einen Radialschnitt mit Detailvergrößerung der Freilaufkupplung gemäß einer Ausführungsform in einer ersten ausgeschalteten Schaltstellung ohne Drehmomentübertragung;
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Figur 7 a, b einen Radialschnitt mit Detailvergrößerung der Freilaufkupplung gemäß dieser Ausführungsform in einer zweiten, eingeschalteten Schaltstel- * lung mit Drehmomentübertragung;

Figur 8 eine perspektivische auseinandergezogene Darstellung' der Freilaufkupplung von Figur 6, 7;

Figur 9 a, b einen Radialschnitt mit Detailvergrößerung der Freilaufkupplung gemäß einer Ausführungsform in einer zweiten ausgeschalteten Schaltstellung ohne Drehmomentübertragung;

Figur 10 a, b einen Radialschnitt mit Detailvergrößerung der Freilaufkupplung gemäß dieser Ausführungsform in einer ersten, eingeschalteten Schaltstellung mit Drehmomentübertragung;

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Figur 11 eine perspektivische auseinandergezogene Darstellung der Freilaufkupplung von Figur 9,10;

Figur 12 eine perspektivische auseinandergezogene Darstellung der Freilaufkupplung einer weiteren Ausführungsform;

Figur 13 eine Darstellung der zusammengesetzten Freilaufkupplung von Figur 12;

Figur 14 einen Radialschnitt der Freilaufkupplung gemäß dieser Ausführungsform in einer zweiten, freigegebenen Schaltstellung ohne Drehmomentüberträgung;

Figur 15 einen Radialschnitt der Freilaufkupplung gemäß dieser Ausführungsform in einer ersten, eingeschalteten Schaltstellung mit Drehmomentübertragung;

Figuren 16 und 17 Detailvergrößerungen der Figuren 14 und 15.

Gemäß den Figuren 1 und 2 ist ein Gehäuse 1 rotationsfest mit einer Achse 2 eines Rades eines mit Elektroantrieb versehenen Fahrrades verbunden.

Eine Trommel 4 mit Trommeldeckel 10 ist über Lager 3 und Lager 43 an dem Gehäuse 1 beziehungsweise der Achse 2 gelagert. Am Außenumfang der Trommel 4 sind hierbei in bekannter Weise Speichen des Rades direkt oder über weitere Hilfsmittel befestigbar.

An dem Gehäuse ist zum Beispiel in Buchsen 5 eine Erregerspulenanordnung 6 vorgesehen, die mit zeitlich veränderlichem Strom beaufschlagbar ist. Ein Rotor 7 mit Dauermagneten 8 ist gegenüber dem Gehäuse 1 und der Achse 2 über Lager 9 drehbar gelagert. Durch an sich bekannte Beaufschlagung der Erregerspulenanordnung 6 mit Strom wird ein Drehmoment zwi-

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sehen dem Gehäuse und dem Rotor erzeugt, durch das der Rotor angetrieben wird.

Gemäß Figur 2, 3 wirken die Buchsen 5 als Magnetkern der Erregerspulenanordnung 6, wobei die Dauermagnete 8 radial oberhalb der Erregerspulenanordnung vorgesehen sind. Es sind alternativ hierzu auch andere, bekannte Ausbildungen des Elektromotors möglich, durch die ein Rotor 7 gegenüber Gehäuse 1 und Achse 2 gedreht wird. Insbesondere können die Dauermagneten sowohl radial als auch axial zu der Spule beabstandet sein.

Der Rotor 7 ist über eine Antriebswelle 19 mit einem erfindungsgemäßen Getriebe verbunden. Mit der Antriebswelle 19 ist über eine erste, schaltbare Freilaufkupplung 22 ein erstes Eingangszahnrad 23 verbünden. Axial neben dem ersten Eingangszahnrad 23 ist ein zweites Eingangszahnrad 27 über einen zweiten Freilauf 28 mit der Antriebswelle 19 verbunden. Das erste Eingangszahnrad 23 weist hierbei eine größere Zähnezahl und einen größeren Arbeitsteilungsdurchmesser als das zweite Eingangszahnrad 27 auf.

Die erste Freilaufkupplung kann wahlweise eingeschaltet werden, so dass sie Drehmomente von der Antriebswelle 19 auf das erste Eingangszahnrad 23 überträgt. Hierbei wird grundsätzlich ein Freilauf des ersten Eingangszahnrades ermöglicht, wenn es eine höhere Drehzahl als die Antriebswelle 19 aufweisen sollte. In ausgeschalteter Stellung der ersten Freilaufkupplung 22 ist das erste Eingangszahnrad 23 von der Antriebswelle 19 entkoppelt.
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Erfindungsgemäß sind Umlauf Zahnräder 29 vorgesehen, die jeweils axial zueinander versetzte erste Außenzahnräder 30, zweite Außenzahnräder 31 und dritte Außenzahnräder 32 aufweisen, wobei die ersten Außenzahnräder jeweils axial in der Mitte angeordnet sind. Die Außenzahnräder bilden somit axial versetzte Außenverzahnungsbereiche der Umlaufzahnräder 29. Die Umlaufzahnräder weisen jeweils Achsen 33 auf, die zur Stabilisierung in einem Steg 34 aufgenommen sind. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Steg nicht als Abtrieb benutzt; es ist jedoch auch eine abgewandelte Ausführungsform möglich, gemäß der der Steg als Abtrieb benutzt wird.

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Die ersten Außenzahnräder 30 jedes Umlaufzahnrades 29 sind jeweils mit dem ersten Eingangszahnrad 23 und mit einem abtriebsseitigen Innenzahnrad 35 in Eingriff. Die zweiten Außenzahnräder 31 sind jeweils mit dem zweiten Eingangszahnrad 27 in Eingriff. Die dritten Außenzahnräder sind mit einem gehäusefesten Innenzahnrad 18 in Eingriff.

Somit bilden das erste Außenzahnrad 30 und das abtriebsseitige Innenzahnrad 35 ein erstes Innenradpaarsystem und das dritte Außenzahnrad 32 und das gehäusefeste Innenzahnrad 18 ein zweites Innenradpaarsystem. Indem erfindungsgemäß die Zähnezahlen der beiden Innenzahnräder und/oder die Zähnezahlen der ersten und dritten Außenzahnräder unterschiedlich sind, weisen diese beiden lnnenradpaarsysteme unterschiedliche Übersetzungen auf. Da die Außenzahnräder starr miteinander gekoppelt sind, werden die Innenzahnräder zu einer Relatiwerdrehung gezwungen. Indem der Unterschied der Zähnezählen der Innenverzahnungen bzw. der ersten und dritten ' Außenzahnräder relativ gering gewählt wird, kann bei einer größeren Drehbewegung der Welle aufgrund des relativ geringen Zähnezahlunterschieds eine sehr geringe Verdrehung der Innenzahnräder zueinander erreicht werden, was zu einer hohen Untersetzung führt.

Erfindungsgemäß werden die Umlaufzahnräder 29 entweder über das erste Eingangszahnrad 23 oder das zweite Eingangszahnrad 27 angetrieben. Hierbei ist die Übersetzung des ersten Außenradpaarsystems 23, 30 größer als die Übersetzung des zweiten Außenradpaarsystems 27, 31 gewählt.

Bei ausgeschalteter Stellung der ersten Freilaufkupplung 22 erfolgt der Antrieb über das zweite Eingangszahnrad 27 auf die zweiten Außenzahnräder 31, die mit diesen starr gekoppelten ersten Außenzahnräder 30 auf das abtriebsseitige Innenzahnrad 35 z.B. mit einer Untersetzung von 1: 16,7.

Bei eingeschalteter erster Freilaufkupplung 22 erfolgt der Antrieb über das erste Eingangszahnrad 23 und das erste Außenzahnrad 30 auf das abtriebsseitige Innenzahnrad 35 z.B. mit einer Untersetzung von 1: 30,33. Hierbei

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werden die zweiten Außenzahnräder 31 aufgrund der starren Kopplung in den Umlaufzahnrädern entsprechend mitgedreht und drehen das zweite Eingangszahnrad 27 mit einer höheren Drehzahl als die Antriebswelle 19, so dass der zweite Freilauf das zweite Eingangszahnrad 27 von der Antriebswel-Ie 19 entkoppelt.

Die Zähriezahlen der Zahnräder gemäß Figur 4 können z.B. betragen:
erstes Eingangszahnrad 23: Z=56, zweites Eingangszahnrad 27: Z= 40, erstes Außenzahnrad 30: Z=24, zweites Außenzahnrad 31: Z=40, dritte Außenzahnrad 32:Z=30, gehäusefestes Innenzahnrad 18: Z= 110, abtriebsseitiges Innenzahnrad 35: Z= 104.

Eine Ausführungsform des ersten Freilaufs ist in den Figuren 6, 7, 8 detaillierter dargestellt. Eine Außenfläche 37 der Antriebswelle 19 ist über einen radialen Zwischenraum 16 von einer Innenfläche 38 des ersten Eingangszahnrades 23 getrennt. Als Mitnehmer dienende Walzen 25 sind in Figur 6 in zurückgezogener Stellung in einer radialen Vertiefung 39 des Eingangszahnrades 23 aufgenommen, so dass die Antriebswelle 19 und das erste Außenzahnrad 23 von einander entkoppelt sind. In einer in Figur 7 gezeigten eingeklemmten Stellung ist jede Walze 25 zwischen der Außenfläche 37, über

die der Antrieb erfolgt, und der Vertiefung 39 eingeklemmt, so dass eine star-. re Verbindung mit Drehmomentübertragung gewährleistet wird.

Eine Schaltscheibe 26 weist gemäß Figur 8 einen Käfig mit in axialer Richtung abstehenden, in Umfangsrichtung verteilten Fingern 24 auf. Die Schaltscheibe 26 mit Käfig 24 dreht mit dem Eingangszahnrad 23 mit, ist diesem gegenüber jedoch um einen Verstellwinkel verstellbar. Eine entsprechende rotationsweiche Kopplung kann beispielsweise über eine geeignete Feder, z.B. eine Schraubenfeder 15 erfolgen, die an dem ersten Eingangszahnrad 23 und der^Schaltscheibe 26 befestigt ist. Weiterhin ist die Schaltscheibe 26 in axialer Richtung um einen vorgegebene Strecke verschiebbar. Die Schaltscheibe weist ein ferromagnetisches Material, z.B. Eisen oder Stahl auf.

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Bei Erregung einer in einer gehäuseseitigen Aufnahme 20 angebrachten Schaltspule 21 wird die Schaltscheibe in axialer Richtung zu der Schaltspule 21 - in Figur 2 nach links - gezogen, bis sie an einen gehäuseseitigen Anschlag 17 stösst. Hierzu ist ein kurzer Stromstoss durch die Schaltspule 21 ausreichend. Die mit der Antriebswelle rotierende Schaltscheibe wird durch den Kontakt mit dem gehäuseseitigen Anschlag 17 kurzzeitig etwas abgebremst. Hierdurch werden in Figur 6 die Finger 24 des Käfigs relativ zu dem Eingangszahnrad 23 verstellt und befördern die Walzen 25 in der radialen Vertiefung 39 von der Position der Figur 6 in die Position der Figur 7, so dass sie zwischen der Vertiefung 39 des ersten Eingangszahnrades 23 und der Außenfläche 37 der Antriebswelle 19 eingeklemmt werden. Somit wird durch den Stromstoss durch die Schaltspule 21 die erste Freilaufkupplung 22 von der ausgeschalteten, entkoppelten Stellung in die eingeschaltete, drehmomentfeste Stellung verstellt.

Eine Rückstellung erfolgt, indem der Antrieb von der Antriebswelle genommen wird. Dies kann erfolgen, indem der Motor kurzzeitig ausgeschaltet wird, d.h. die Erregerspulen 6 stromlos geschaltet werden. Hierdurch kann die Feder 15 wieder entspannen und hierbei die Schaltscheibe 26 und somit die Finger 24 wieder in die Stellung der Figur 6 ziehen, da die Walzen nicht mehr fest eingeklemmt sind. Die Kraft der Feder ist hierbei so zu dimensionieren, dass die Walzen hinreichend sicher und schnell in die zurückgezogene Stellung zurückgezogen werden, jedoch bei Antrieb über die Antriebswelle die eingeklemmte Stellung auch bei anliegender Federkraft hinreichend sicher gehalten werden kann.

Die Figuren 9 bis 11 zeigen eine alternative Ausbildung der erfindungsgemäßen Freilaufkupplung 22. Hierbei sind an der radial inneren Seite des ersten Eingangszahnrades 23 axial verlaufende, in Umfangsrichtung verteilte Zungen 41 vorgesehen, zwischen denen Schlitze 42 ausgebildet sind. Zwischen den Zungen 41 und einem radial außerhalb liegenden Kragen 44 des ersten Eingangszahnrades 23 ist ein radialer Freiraum ausgebildet. In diesen radialen Freiraum werden die mit der Schaltscheibe 26 verbundenen Finger 24 geführt. Elastische Körper 40, z.B. die in den Figuren gezeigten, leicht

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gewölbten Blechfedern oder Stahlfedern, sind gemäß Fig. 9 b zwischen den Fingern 24 sowie in den Schlitzen 42 angeordnet. Alternativ zu den gezeigten Blechfedern können z.B. auch keilförmige elastische Körper eingefügt werden.
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In der ausgeschalteten Stellung der Figur 9 liegen die Federn 40 mit ihrer oberen Kante an dem Innenumfang 38 des ersten Eingangszahnrades an und in den Freiräumen zwischen den Fingern 24 und in den Schlitzen 42, wobei ihre unteren Kanten 45 freiliegen.

Bei der Winkelverstellung der Schaltscheibe 26 durch den oben beschriebenen Schaltvorgang mit der Schaltspule 21 werden die Finger entgegen der. Drehrichtung des ersten Eingangszahnrades etwas abgebremst und gelangen somit in die Stellung der Figur 10b, bei der der Zwischenraum zwischen den Fingern 24 gegenüber den Schlitzen 42 etwas verschoben ist. Hierdurch werden die Federn wie in Figur 10b gezeigt etwas gerader gebogen und verlängern somit ihre radiale Erstreckung, so dass sie mit ihren unteren Kanten 45 gegen den Außenumfang 37 der Antriebswelle 19 stoßen und somit drehmomentfest in Eingriff gelangen. Somit wird in Figur 10b die eingeschaltete Stellung mit Drehmomentübertragung erreicht.

Bei der Ausführungsform der Figuren 12 bis 17 sind rotationsunsymmetrische Klemmkörper 48 vorgesehen, die in Figur 14, 16 freigegeben und durch Verdrehung um ihre Längsachsen (die parallel zu der Achse des Getriebes liegen) in die eingeklemmte Stellung der Figuren 15,17 gelangen.

Hierzu weisen die Klemmkörper Abschrägungen oder Abflachungen auf, so dass längere Bereiche 52, 152 und kürzere Bereiche 53, 153 gebildet werden. Die längeren Bereiche 52, 152 werden in Figur 15,17 derartig in dem Zwischenraum 16 eingedreht, dass sie einen Eingriff in die Wellen bewirken.

In Figur 14,16 sind die längeren Bereiche weggedreht, so dass die kürzeren Bereiche 53, 153 sich in radialer Richtung des Zwischenraumes 16 erstrecken, wobei kein Eingriff in die Wellen erfolgt.

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Die Klemmkörper 48 sind in zylindrischen axialen Endbereichen 49 in Aufnahmelöchern 52 eines Käfigs 51 drehbar gelagert. Die Aufnahmelöcher sind hierbei vorteilhafterweise etwas größer als die Endbereiche 49, sodass die Endbereiche in den Aufnahmelöchern abrollen können. Hierdurch können die Klemmkörper sich gegenüber der Antriebswelle etwas in Umfangsrichtung bewegen. Die Klemmkörper liegen radial außen in den Aufnahmelöchern an; sie werden daher radial von innen her in die Aufnahmelöcher des Käfigs eingesetzt.

Die Klemmkörper sind in Umfangsrichtung des Käfigs verteilt angeordnet, wobei zwischen den Klemmkörpern in axialer Richtung verlaufende Stege 46 des Käfigs vorgesehen sind. Hierbei können z.B. zehn Klemmkörper zwischen zehn Stegen angeordnet sein.

Bei dieser Ausführungsform erfolgt eine Lagerung der Wellen 19 und 23 über Lagerwalzen 47 in dem radialen Zwischenraum 16. Hierbei liegt vorteilhafterweise jeweils eine Lagerwalze 47 zwischen einem Steg 46 und einem Klemmkörper 48. Die Freilaufkupplung wirkt somit auch als Lager zwischen den Wellen.

Bogenförmige Federn 50 aus z.B. Stahl liegen an der Außenfläche der Antriebswelle 19 und erstrecken sich im wesentlichen in axialer Richtung. In Figur 16,17 ist hierbei ihr Verlauf radial unterhalb der Stege 46 zusätzlich zu dem Schnitt angedeutet. In der freigegebenen Stellung der Figur 16 sind die Federn 50 hierbei entspannt oder vorteilhafterweise leicht vorgespannt und liegen lediglich stellenweise leicht an den kürzeren Enden 153 der Klemmkörper 48 an.

Die Lagerwalzen 47 rollen an den Flächen 37, 38 der Wellen ab, wobei der Käfig mit den Stegen und Klemmkörpern in Umfangsrichtung zusammen mit den Walzen umläuft. Von der freigegebenen zweiten Stellung der Figur 16 aus wird bei Betätigung der Schalteinrichtung gemäß den obigen Ausführungen durch axiales Verschieben der Schaltscheibe und Kontakt mit einem gehäuseseitigen Anschlag ein stoppendes Drehmoment auf die Schaltscheibe

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und den Käfig mit den Stegen ausgeübt. Hierdurch drücken die weiterhin umlaufenden Lagerwalzen 47 gegen ein längeres Ende 152 des Klemmkörpers. Der Steg wirkt einer Verschiebung des Klemmkörpers durch die Lagerwalze entgegen, indem er gegen das andere längere Ende 52 des Klemmkörpers drückt. Durch dieses Kräftepaar wird ein Drehmoment auf den Klemmkörper ausgeübt, das diesen in die in Figur 17 gezeigte eingeklemmte Stellung drückt. Hierbei wird die bogenförmige Feder durch das untere kürzere Ende 153 etwas gestaucht und in eine geradere Form gebogen.

Bei Ausschalten des Antriebsdrehmomentes kann die Feder 50 wieder entspannen und die Klemmkörper 48 wieder in die freigegebene Stellung der Fig. 16 zurückdrücken.

Ein dritter Freilauf 39 zwischen dem abtriebsseitigen Innenzahnrad 35 und der Radtrommel 4 ermöglicht bei allen Ausführungsformen eine höhere Drehzahl der Radtrommel 4 als das abtriebsseitige Innenzahnrad 35 und somit bei ausgeschalteter Antriebseinheit einen Antrieb über die Pedalen.

Gemäß den Figuren 1,2 ist die erfindungsgemäße Antriebseinheit mit einer in axialer Richtung durchgängigen Radachse 2 ausgebildet, so dass her-

. kömmliche aufwendige, schwere Achskonstruktionen, die aufgrund des begrenzten Bauraums im Getriebebereich eine außermittige Verbindung der axialen Enden der Radachse 2 vorsehen, vermieden werden können. Das erfindungsgemäße Schaltgetriebe ist auch daher relativ kleinbauend, leicht und kostengünstig herzustellen.

Somit wird erfindungsgemäß ein kleinbauendes, mit geringem Aufwand (im wesentlichen einige Zahnräder und Freiläufe) und somit kostengünstig herstellbares Getriebe mit zwei Abtriebswellen mit einer hohen sowie einer sehr hohen Untersetzung gewährleistet, das den Einsatz kleinbauender und kostengünstiger schnell laufender Motoren ermöglicht. Dieses Getriebe kann insbesondere bei dem gezeigten Elektroantrieb für ein Fahrrad eingesetzt werden, da seine axiale Erstreckung im Wesentlichen über zwei Zahnräder reicht und somit extrem kleinbauend ist. Weiterhin sind auch andere Anwen-

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düngen des Schaltgetriebes, z.B. in einem Gebläse oder Fön mit mindestens zwei Untersetzungen möglich. .

Die erfindungsgemäße Freilaufkupplung kann auch bei einer radial äußeren Antriebswelle und einer zu dieser konzentrisch radial inneren Abtriebswelle eingesetzt werden.

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Bezugszeichenliste

1 Gehäuse

2 Achse
3 Lager

4 Radtrommel

5 Buchse

6 Erregerspulenanordnung

7 Rotor

8 Dauermagnet

9 Lager

10 Trommeldeckel 15 Schraubenfeder 16 radialer Zwischenraum

17 gehäuseseitiger Anschlag

18 gehäusefestes Innenzahnrad

19 Antriebswelle

20 gehäuseseitige Aufnahme

21 Schaltspule

22 erster Freilauf, schaltbar

23 erstes Eingangszahnrad

24 Finger des Käfigs des ersten Freilaufs 25 25 Walzen des ersten Freilaufs

26 Schaltscheibe

27 zweites Eingangszahnrad

28 zweiter Freilauf

29 Umlaufzahnrad 30

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30 erstes Außenzahnrad

31 zweites Außenzahnrad

32 drittes Außenzahnrad

33 Achse
34 Steg

35 abtriebseitiges Innenzahnrad

36 dritter Freilauf

37 Außenumfang der Antriebswelle

38 Innenumfang des ersten Eingangszahnrades 10 39 radiale Vertiefung

40 elastischer Körper

41 Zungen

42 Schlitze 43 Lager

44 Kragen

45 untere Kanten

46 Stege

47 Lagerwalzen 48 Klemmkörper

49 axiale Endbereiche

50 bogenförmige Federn

51 Käfig

52 Aufnahmelöcher

Claims (17)

1. Freilaufkupplung zur wahlweisen Verbindung einer radial äußeren Welle (23) und einer zu dieser konzentrischen radial inneren Welle (19), insbesondere für ein Schaltgetriebe eines Fahrrades mit Elektromotor, mit Mitnehmern (25, 40, 48), die in einer drehmomentübertragenden ersten Schaltstellung zwischen der radial inneren Welle und der radial äußeren Welle eingeklemmt und in einer freilaufenden zweiten Schaltstellung freigegeben sind, und,
einer Schalteinrichtung (21, 24, 26, 46) zum Schalten der Mitnehmer zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung, wobei die Schalteinrichtung Schaltmittel (24, 46) aufweist, die in Umfangsrichtung verteilt zwischen den Mitnehmern angeordnet sind,
wobei die Mitnehmer durch eine Verdrehung der Schalteinrichtung von der freigegebenen zweiten Stellung in die eingeklemmte erste Stellung beförderbar sind.

2. Freilaufkupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Welle eine Antriebswelle (19) und die äußere Welle eine Abtriebswelle (23) ist.

3. Freilaufkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer höheren Drehzahl der Abtriebswelle (23) als der Antriebswelle (19) die Mitnehmer ohne Betätigung der Schalteinrichtung von der ersten Stellung in die zweite Stellung überführbar sind.

4. Freilaufkupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer bei einer Relativverdrehung der Schalteinrichtung gegenüber der radial äußeren Welle (23) von der zweiten Stellung in die erste Stellung überführbar sind.

5. Freilaufkupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dis Schalteinrichtung eine Schaltscheibe (26) und einen mit der Schaltscheibe starr verbundenen Käfig mit den Schaltmitteln (24, 46) aufweist.

6. Freilaufkupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel in axialer Richtung verlaufende Finger (24) oder Stege (46) sind.

7. Freilaufkupplung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung eine Schaltspule zur Befestigung an einer gehäuseseitigen Aufnahme (20) aufweist und die Schaltscheibe ein ferromagnetisches Material aufweist, wobei die Schaltspule bei Erregung die Schaltscheibe zu einem gehäuseseitigen Anschlag (17) zieht.

8. Freilaufkupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federeinrichtung zwischen der radial äußeren Welle und der Schalteinrichtung (24, 26) vorgesehen ist, die in der ersten Stellung die Schaltmittel gegen die Mitnehmer drückt, wodurch auf die Mitnehmer eine Kraft in Richtung auf die freigegebene Stellung ausgeübt wird.

9. Freilaufkupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung eine an der radial äußeren Welle und der Schalteinrichtung befestigte Schraubenfeder (15) ist.

10. Freilaufkupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer sich in axialer Richtung erstreckende Walzen (25) sind, und radiale Vertiefungen (29) zur Aufnahme der Walzen (25) in der radial äußeren Welle (23) vorgesehen sind.

11. Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer sich in axialer Richtung erstreckende, elastische Körper (40) sind, die an einer der Wellen (23) in radialer Richtung verschiebbar oder verformbar gelagert sind und bei einer Relativdrehung der Schaltmittel (24) gegenüber der Welle (23) durch radiale Streckung mit beiden Wellen in Eingriff kommen.

12. Freilaufkupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Körper in in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Schlitzen (42) der Welle (23) radial verschiebbar aufgenommen sind.

13. Freilaufkupplung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Körper gekrümmte Stahlfedern (40) oder Blechfedern sind, die in der ersten Stellung mit ihren radialen Enden mit Flächen der Wellen in Eingriff kommen.

14. Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmer rotationsunsymmetrische Klemmkörper (48) sind, die durch die Schaltmittel (46) und/oder Lagerwalzen (47) unter Drehung um ihre Längsachsen von der freigegebenen Stellung in die eingeklemmte Stellung beförderbar sind.

15. Freilaufkupplung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (48) mit ihren axialen Endbereichen (49) in Aufnahmelöchern (52) eines Käfigs (51) gelagert sind.

16. Freilaufkupplung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmelöcher (52) einen größeren Durchmesser als die axialen Endbereiche (49) der Klemmkörper (48) aufweisen und die bogenförmigen Klemmkörper (48) in den Aufnahmelöchern abrollbar gelagert sind.

17. Freilaufkupplung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass bogenförmige, sich im wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Federn (50) in dem Käfig gelagert sind, die auf die Klemmkörper (48) in Richtung auf ihre freigegebene Stellung wirken.