EP4430316A1 - Radnabe mit mehrganggetriebe - Google Patents

Radnabe mit mehrganggetriebe

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Publication number
EP4430316A1
EP4430316A1 EP22817587.3A EP22817587A EP4430316A1 EP 4430316 A1 EP4430316 A1 EP 4430316A1 EP 22817587 A EP22817587 A EP 22817587A EP 4430316 A1 EP4430316 A1 EP 4430316A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gear
gears
teeth
clutch
sun
Prior art date
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Pending
Application number
EP22817587.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilfried Donner
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Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP4430316A1 publication Critical patent/EP4430316A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F16D11/08—Clutches in which the members have interengaging parts actuated by moving a non-rotating part axially
    • F16D11/10—Clutches in which the members have interengaging parts actuated by moving a non-rotating part axially with clutching members movable only axially
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B62M11/16—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears built in, or adjacent to, the ground-wheel hub
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D1/112—Quick-acting couplings in which the parts are connected by simply bringing them together axially having retaining means rotating with the coupling and acting by interengaging parts, i.e. positive coupling the interengaging parts comprising torque-transmitting surfaces, e.g. bayonet joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
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    • F16H3/66—Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H—GEARING
    • F16H2200/00—Transmissions for multiple ratios
    • F16H2200/003—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds
    • F16H2200/0078—Transmissions for multiple ratios characterised by the number of forward speeds the gear ratio comprising twelve or more forward speeds

Definitions

  • the invention relates to a wheel hub, in particular a rear wheel hub, with a multi-speed transmission formed from planetary gears.
  • Such a multi-speed transmission is described in DE io 2018 007326A1, which has two two-stage planetary gears, which can be shifted in 9 gears with 8 locking axial clutches, each rotated at an angle.
  • spring-loaded, radially extending clutch rings with axial teeth are to be released for a respective gear stage in a coupling manner, in that the shift fingers are oriented in helical grooves of a coaxial shift drum and in radial grooves parallel to the transmission axis , Slots of a hollow axle enclosing them are guided in such a way that each sliding ring has an associated clutch ring that can be actuated in a switching manner.
  • the new multi-speed transmission can be shifted with a maximum of 7 clutches in 10, 12/13 or 14 gears, the clutches are mainly designed close to the axle.
  • the clutches are mainly designed close to the axle.
  • at least two of the planetary gears are the same.
  • a wheel hub with a multi-speed transmission which is formed from planetary gears, which engage in helical grooves in a shift drum by means of axially displaceable sliding rings with shift fingers, the shift fingers also being in radial slots oriented parallel to the transmission axis they are guided enclosing the hollow main axis and thereby different gears are to be switched by the sliding rings coupling spring-loaded radially extending clutch rings occupied with axial teeth of a respective gear stage are to be released in accordance with which are arranged on the main axis, the multi-speed transmission from a drive sleeve starting from a 5- , 6- or 7-speed gearbox as an input gearbox, which consists of a two-stage and a subsequent one- or two-stage planetary gearbox, as well as an adjoining single-stage planetary gearbox as a secondary gearbox, which is arranged on a middle sleeve and is coupled to the first 5, 6th or connects 7
  • a drive sleeve is preferably mounted on a main axis, which sleeve carries a pinion of a traction mechanism and is connected to a planet carrier of the two-stage planetary gear on the input side.
  • a single-stage planetary gear is also arranged as a mirror image of the second stage of this gear, so that their ring gears are exposed to one another and secured against lateral migration.
  • their planet carriers are supported axially and radially against one another with an intermediate bearing and are held in a rotatable manner.
  • the planet carrier of the single-stage planetary gear leads into a central sleeve which is mounted at a distance from the main axis and on which a rear-mounted gear is arranged as a single-stage planetary gear.
  • sun gear is freely rotatable and axially loosely fittingly limited on the center sleeve and on the one hand can be coupled to a sun gear clutch with the center sleeve and on the other hand is connected to the hub sleeve in a rotationally fixed and axially displaceable manner.
  • the ring gear of the rear-mounted gear is guided in an axially loosely limited manner between the central sleeve and the main axle and can be coupled to the main axle with a ring gear clutch close to the axle whenever the sun gear clutch is open. It is only in this switching state that the speed is converted into gears 6 to 10 in the rear-mounted gearbox NSG; in the lower gears 1 - 5, on the other hand, it functions blocked as a whole, rotating and thus loss-free.
  • the rear-mounted gearbox is driven via the web and not via the sun gear.
  • the advantage is that significantly larger belt/sprockets can be used on the wheel hub.
  • both small 20-inch wheels and large 29-inch wheels have belt-compatible tooth numbers of the traction mechanism with comparable deployments.
  • the individual gear stages are each selectively controlled by control means, including control actuators, which control the clutches assigned to the individual gears, for example K20, K30, K40, K50, K70, KSR and KHR.
  • control actuators which control the clutches assigned to the individual gears, for example K20, K30, K40, K50, K70, KSR and KHR.
  • the following table shows an assignment of the control states of the individual clutches for gears with exemplary numbers of teeth to gears 1 to 10:
  • control actuators can be controlled mechanically, electrically, pneumatically or hydraulically.
  • Electrical control actuators include, for example, electromagnetic actuators, piezoelectric actuators or capacitive actuators.
  • Electrical control actuators can be used to advantage in e-bikes, for example, because electrical control of the drive and the charging cycles and the corresponding electrical drive energy are already available there. Electrically controlled actuators can be combined with the electrical control of the drive in a particularly advantageous manner and enable optimal load-dependent control as an electrical “automatic transmission”. This embodiment is not shown in detail.
  • Pneumatic or hydraulic actuators can be controllable, for example Include pressure cylinder.
  • Pneumatic or hydraulic actuators can advantageously be used in systems in which a pneumatic or hydraulic pressure system is already present, for example to increase the braking effect or to actively damp shocks. These embodiments are not shown in detail.
  • pneumatic or hydraulic control actuators can be controlled electrically via so-called solenoids, as can mechanical slides or a sliding ring.
  • the control actuators can be arranged inside or partially outside the drive hub, which includes the transmission.
  • a step control can advantageously be mounted within the drive hub, which, after actuation, controls the gear step up or down by one gear step electrically, pneumatically, hydraulically, or mechanically.
  • the wheel hub with a multi-speed gearbox is formed from planetary gears, comprising control means for controlling a clutch of a respective gear, the multi-speed gearbox comprising an input gearbox EGG, which has a two-stage and a subsequent one- or two-stage planetary gear with first planetary sets Z30, Z40, Z50 and a subsequent single-stage planetary gear with at least one second planetary gear set ZHR as a rear-mounted gear NSG, the 10, 12 or 14 gear stages thus formed having at least 6 of the clutches K20, K30, K40, K50, K70, KSR, KHR and a maximum of 7 clutches K20, K30, K40, K50, K70, KSR, KHR are switched in such a way that only a minimum of the planetary sets are engaged in a rolling manner to transmit torque.
  • the wheel hub is preferably a rear wheel hub.
  • Torque is transmitted from the input of the input transmission EGG to the output of the rear-mounted transmission NSG by a suitable combination of the planetary gear sets in such a way that only a minimum of planetary gear sets Z30, Z40, Z50, ZHR, each with a defined number of teeth, is used for each gear, whereby the Efficiency of the multi-speed transmission is increased significantly.
  • the selection of the planetary gearsets used in the respective gear steps is described below using selection tables.
  • the individual switching states of the 10 gears can be seen for three variants from Tables 1 to 3 and their designation legends, which are included in the description, and the transmission diagram is shown in FIG. A development of a shift drum is shown in FIG. 5a.
  • the reference numbers in the figures are compiled in a list of reference numbers.
  • Tables 4 to 7 relate to transmissions with 6x2 (7+5 or 7+6) and 7x2 gears. The designations relate to the ring gears, planetary gears and sun gears, which are shown in FIG. 1 for differentiation suffixed numerals 1-3, and in Figs. 3 and 4 are given suffixed numerals 1-4.
  • the numbers 5 for the planetary gear are appended to the NSG rear-mounted gearbox.
  • Figures 1 - 4 are schematic radial sections.
  • the X symbolism in the rectangles of the rings of the K50, K70, KSR clutches means that these rings each have a backstop function.
  • the hub sleeve NH which carries the spokes, is mounted with ball bearings on the one hand on the main axle HA and on the other hand on the drive sleeve AH.
  • a chain or belt wheel of a traction drive ZG is shown schematically on the drive sleeve.
  • a shift drum ST is rotatably arranged, the helical grooves N20, N30,. . . Contains N70, NSR, NHR, which, depending on a rotational position determined by detents for the ten gears--shown schematically in FIG. . . KHR that have axial teeth for coupling spend.
  • These shift fingers are also guided in matching axial slots in the main axis HA.
  • the closing forces of the clutches are generated by springs that are compressed by the associated sliding ring to open one of the clutches.
  • These clutch actuation devices are each placed at least twice on the circumference of the main axis HA so that the clutch rings can be safely adjusted in parallel.
  • the gears can be shifted through without interrupting the drive, and there are no disturbing click noises and no shock loads, which are common with ratchet shifts.
  • Table i of the first transmission version IGHi the number of teeth on three planetary gears is the same, namely 63, 27, -117, so that these are repeat parts to simplify production.
  • Additional sun and planet gear teeth 46, 44 are only present in the input stage of the input transmission EGG for a favorable gradation of the conversion ratios i.
  • the gear step heights s n are kept within narrow limits, as shown in the lower right column.
  • the entire transmission range S is a demanding 6.762 and the average gear step s is 23.7%, corresponding to s is 1.237.
  • the level is only slightly lower between 5th and 6th gear.
  • third gear G3 the drive to the hub shell is switched through without loss.
  • the 3 speed conversion ratios are distributed for normal operation in such a way that the two lower gears Gi, G 2 are stepping down and the higher gears G 4 - G 5 are increasingly stepping up.
  • the number of teeth in the rear-mounted gearbox NSG is slightly different from the two identical planetary gearboxes in the input gearbox EEG, which means that in each case a further adjustment of the step heights s to 23.9% or 24.1% is achieved and the transmission ratio range S is correspondingly expanded to 6.872 or 6.984.
  • the NSG rear-mounted gearbox is equipped with helical gearing, which results in higher power transmission.
  • the conversion ratios entered in the table of clutches and number of gears show which clutches are engaged. A 1 in each case indicates that lossless block rotation is switched on.
  • the two ring gears HR2-3 of the input gear EGG are made in one piece and have no support walls to the main axis. Migration of these ring gears is prevented, for example, by centering means shown here in dashed lines.
  • the two planet carriers PT1-2 and PT3 are supported against each other axially and radially with a central bearing ZL and can be rotated against each other.
  • the rear-mounted gearbox NSG is arranged with its sun gear SR5 on a center sleeve MH and can be connected to the center sleeve by a sun gear clutch KSR, which forms the planet carrier PT3 (or PT3-4 for the variants 6x2 (7+5 or 7+6) and 7x2 gears), and this middle sleeve MH, which is held with a bearing L so that it can rotate about the main axis HA, is to be connected to the sun gear SR3 (or SR4 for the variants 6x2 and 7x2) with a sun gear clutch K70 arranged close to the axis.
  • KSR sun gear clutch
  • the sun gear SR5 of the rear-mounted gearbox NSG is non-rotatably connected to the hub shell NH and is axially displaceable for assembly purposes.
  • the ring gear HR5 of the rear-mounted gearbox NSG can be connected to the main axle HA with a ring gear clutch KHR close to the axis.
  • the planetary carrier PT5 of the rear-mounted gearbox can be moved axially within narrow limits and is held on the middle sleeve MH in a rotationally fixed manner.
  • Fig. 2 shows a further simplified version in which the sun gear clutch KSR is not shifted from the shift drum ST, but rather the thrust forces of a helical gearing of the rear-mounted gearbox are used in such a way that the sun gear clutch KSR always shifts automatically, opposite to the actively engaged ring gear clutch KHR is opened or closed against a spring force. Accordingly, in direct gear, the sun gear clutch is closed and the ring gear clutch is open. The rear-mounted gearbox therefore rotates as a block.
  • the toothing helix is oriented in such a way that the sun gear SR5 moves away from the fixed part of the clutch KSR under load due to the axial force and the ring gear HR5 experiences an opposing force.
  • the torque transmitter D5 is non-rotatably but axially displaceable with the hub shell NH and non-rotatably and axially firmly connected to the sun gear SR5.
  • the sun gear clutch KSR is closed by means of the spring F5, which supports the torque transmitter D5 axially against the hub sleeve NH. This movement is controlled by a stop in the NH hub shell limited.
  • the axial forces of the ring gear HR5 are absorbed directly via an axially loadable roller bearing between the hub shell NH and the ring gear HR5 and/or via an axially acting safety device S5 on the main axle HA.
  • the shifting process is supported by the fact that when the ring gear clutch KHR is closed, the sun gear SR5 overtakes the planet carrier PT3 (or PT3-4 in the variants 6x2 and 7x2) and thus switches to freewheeling mode, with the orientation of the clutch teeth ensuring that the clutch KSR is opened.
  • Another advantage of this design is that the clutch teeth do not rattle against one another, since the KSR clutch can be opened sufficiently far by suitably positioning the above-mentioned stop.
  • Fig. 5a shows a development of 2x 180 of the surface of the shift drum ST with its grooves N20, N30,. . . NHR, with which the clutches K20, K30, . . . KHR can be opened or closed depending on the gear position.
  • the locking positions for the 10 different gears are shown on the side distributed over the 180° angle of rotation.
  • the claimed 10-speed transmission is simpler than the closest 9-speed transmission mentioned at the outset and is made up of fewer different gears and one or two fewer clutches, with all clutches being arranged close to the main axis or close to the middle sleeve and therefore with fewer gears Tolerances are to be controlled.
  • a tenth gear can also be shifted and the gear ratio range is 6.762 or 6.827 or 6.948 instead of the previously known 5.60 in the three claimed variants. So there are several advantages that are independent but complementary.
  • a 6x2 (7+5 or 7+6) and a 7x2 gear transmission are also built according to the same switching method and with the same NSG rear-mounted gearbox, for which Figures 3, 4 and 5b and the associated switching /Translation tables 4 and 5a/5b show the details.
  • the average gear increments and translation ranges can also be found in the tables mentioned.
  • the 6x2 gearbox is a 7-speed gearbox in which only six gears are used.
  • further preferred variants are provided as 7+5 or 7+6 gear transmissions.
  • the 12-speed variant with the 7+5 structure uses all seven gears together with the direct gear of the NSG rear-shift gearbox. The five gears two to six are then used in the fast gear of the same. The advantage of this configuration is that an additional gear only loads one sub-transmission.
  • the 13-speed variant with the 7+6 structure uses the six gears two to seven of the input gearbox in overdrive of the NSG rear-shift gearbox.
  • the spread S increases to around 850%. That's enough to master both steep climbs and the 45km/h permitted in Germany with pleasant pedal crank speeds with sPedelecs.
  • the gear steps of the input gear EGG are not chosen arbitrarily, but depend on the translation of the rear-mounted gear NSG and on the number of gears of the input gear EGG.
  • the large gear steps of 24% are preferably used in bicycles assisted by an electric motor.
  • the small gear increments of 16.2% are preferred for non-motorized bicycles, especially touring bikes.
  • the average gear increments of 19.5% represent a compromise for both applications, with another advantage being the possible particularly large spread of the 7+6 configuration.
  • the number of teeth of the ring gears and sun gears of the secondary transmission are not chosen arbitrarily. Their total number of teeth is 180 here and is therefore divisible by 3, 4, 5, 6, for example, so that 3, 4, 5, 6 planets can be evenly distributed on their pitch circle.
  • the advantage is that the load capacity of the rear-mounted gearbox can be increased by increasing the number of planets can be adapted to the requirements without having to change dimensions or number of teeth and thus conversion factors.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an arrangement of the input transmission EGG, the rear-mounted transmission NSG and the control means.
  • FIG. 7 shows a schematic diagram of an arrangement of the input transmission EGG, the rear-mounted transmission NSG and the action of the control means on individual clutches.
  • K20, K30, K40 clutches first partial transmission

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Abstract

Radnabe mit einem Mehrganggetriebe, das aus Planetengetrieben gebildet ist, die mittels axialverschieblicher Steuerschieber in verschiedene Gänge zu schalten sind, indem kuppelnd federbelastete, sich radial erstreckende mit axialen Zähnen besetzte Kupplungsringe einer jeweiligen Gangstufe gemäß freizustellen sind, wobei die Steuerschieber in gewendelten Nuten einer koaxialen Schalttrommel (ST) und in radialen, parallel zur Getriebeachse orientierten, Schlitzen einer sie umschließenden hohlen Hauptachse (HA) geführt sind und so jeweils ein zugehöriger Kupplungsring schaltend zu betätigen ist. Das Mehrganggetriebe besteht von einer Antriebshülse (AH) ausgehend aus einem Eingangsgetriebe (EGG), das als ein 5-, 6- oder 7-Ganggetriebe auf der Hauptachse (HA) ausgebildet ist und ein zweistufiges Planetengetriebe und ein daran anschließendes ein- oder zweistufiges Planetengetriebe umfasst, die auf einer Hauptachse (HA) angeordnet sind, wobei an das 5-, 6- oder 7-Ganggetriebe ein Nachschaltgetriebe (NSG) mit einem einstufigen Planetengetriebe angekuppelt ist.

Description

Radnabe mit Mehrganggetriebe
1. Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Radnabe, insbesondere eine Hinterradnabe, mit einem Mehrganggetriebe, das aus Planetengetrieben gebildet ist.
2. Stand der Technik
Ein derartiges Mehrganggetriebe ist in der DE io 2018 007326A1 beschrieben, das zwei zweistufige Planetengetriebe aufweist, die mit 8 jeweils winkel verdreht rastenden Axialkupplungen in 9 Gangstufen zu schalten sind. Mittels axial verschiebbarer Schieberinge mit Schaltfingern, die in eine Schalttrommel eingreifen, sind kuppelnd federbelastete, sich radial erstreckende und mit axialen Zähnen besetzte Kupplungsringe einer jeweiligen Gangstufe gemäß freizustellen, indem die Schaltfinger so in gewendelten Nuten einer koaxialen Schalttrommel und in radialen, parallel zur Getriebeachse orientierten, Schlitzen einer sie umschließenden Hohlachse geführt sind, dass mit jedem Schiebering jeweils ein zugehöriger Kupplungsring schaltend zu betätigen ist.
3. Aufgabenstellung
Es ist Aufgabe der Erfindung, das vorbeschriebene Mehrganggetriebe wesentlich zu vereinfachen und gleichzeitig zu verbessern und mehrere Varianten mit diversen Stufungen und Gangzahlen zu offenbaren.
4. Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Radnabe, insbesondere eine Hinterradnabe, gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Lösung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Die Lösung besteht darin, dass das neuartige Mehrganggetriebe mit höchstens 7 Kupplungen in 10, 12/13 oder 14 Gangstufen zu schalten ist, die Kupplungen überwiegend achsnah ausgebildet sind. Vorzugsweise sind mindestens zwei der Planetengetriebe einander gleich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Radnabe mit einem Mehrganggetriebe bereitgestellt, das aus Planetengetrieben gebildet ist, die mittels axial verschieblicher Schieberinge mit Schaltfingern in gewendelte Nuten in einer Schalttrommel eingreifen, wobei die Schaltfinger zudem in radialen, parallel zur Getriebeachse orientierten, Schlitzen einer sie umschließenden hohlen Hauptachse geführt sind und dadurch verschiedene Gänge zu schalten sind, indem durch die Schieberinge kuppelnd federbelastet sich radial erstreckende mit axialen Zähnen besetzte Kupplungsringe einer jeweiligen Gangstufe gemäß freizustellen sind, wobei auf der Hauptachse angeordnet das Mehrganggetriebe von einer Antriebshülse ausgehend aus einem 5-, 6- oder 7-Ganggetriebe als Eingangsgetriebe besteht, das aus einem zweistufigen und einem darauf folgenden ein- oder zweistufigen Planetengetrieben besteht, sowie ein daran anschließenden einstufigen Planetengetriebe als Nachschaltgetriebe umfasst, das auf einer Mittelhülse angeordnet ist und jeweils angekuppelt die ersten 5, 6 oder 7 Gänge mit einer Nabenhülse verbindet oder diese Gänge bei festgelegtem Hohlrad verdoppelnd gekuppelt abgehend auf die Nabenhülse überträgt, wobei diese so gebildeten 10, 12 oder 14 Gangstufen mit mindestens 6 und höchstens 7 Kupplungen so geschaltet sind, dass jeweils nur wenige der Planetensätze abwälzend im Eingriff sind.
Bevorzugter Weise ist auf einer Hauptachse eine Antriebshülse gelagert, die ein Ritzel eines Zugmittelgetriebes trägt und mit einem Planetenträger des eingangsseitigen zweistufigen Planetengetriebes verbunden ist. Zu der zweiten Stufe dieses Getriebes ist weiterhin spiegelbildlich ein einstufiges Planetengetriebe angeordnet, so dass deren Hohlräder miteinander freiliegend und gegen seitliches Auswandern gesichert verbunden sind. Zudem sind deren Planetenträger mit einem Zwischenlager axial und radial gegeneinander abgestützt und verdrehbar gehalten. Der Planetenträger des einstufigen Planetengetriebes führt in eine um die Hauptachse beabstandet gelagerte Mittelhülse auf der ein Nachschaltgetriebe als einstufiges Planetengetriebe angeordnet ist. Dessen Sonnenrad ist auf der Mittelhülse frei drehbar und axial lose passend begrenzt angeordnet und einerseits mit einer Sonnenradkupplung mit der Mittelhülse kuppelbar und andererseits abtreibend mit der Nabenhülse drehfest und axial verschiebbar verbunden. Weiterhin ist das Hohlrad des Nachschaltgetriebes axial lose begrenzt zwischen der Mittelhülse und der Hauptachse geführt und mit einer Hohlradkupplung achsnah mit der Hauptachse, jeweils wenn die Sonnenradkupplung geöffnet ist, kuppelbar. Nur in diesem Schaltzustand findet im Nachschaltgetriebe NSG eine Drehzahlumsetzung in die Gängen 6 bis io statt; in den niedrigen Gängen 1 - 5 fungiert es hingegen geblockt als Ganzes rotierend und somit verlustfrei.
Der Antrieb des Nachschaltgetriebes erfolgt über den Steg und nicht über das Sonnenrad. Der Vorteil liegt darin, dass an der Radnabe deutlich größere Riemen-/Kettenräder verwendet werden können. Des Weiteren ergeben sich sowohl für kleine 20 Inch Räder als auch große 29 Inch Räder riementaugliche Zähnezahlen des Zugmittelgetriebes bei vergleichbaren Entfaltungen.
Grundlage für die nachfolgenden Beispiele ergeben sich aus der Tabelle 5b mit ca. 850 % Spreizung.
Bei einem 20 Inch Rad erhält man mit vorne 39 Zähnen und hinten 34 Zähnen im ersten (1-ten) Gang eine Entfaltung von 1,07 m und im 13-ten Gang eine solche von 9,13 m.
Bei einem 29 Inch Rad erhält man mit vorne 34 Zähnen und hinten 42 Zähnen im ersten (1-ten) Gang eine Entfaltung von 1,09 m und im 13-ten Gang eine solche von 9,26 m.
Bei der alternativen Zähnezahl 39 vorne und 50 hinten ergeben sich 1,05 m bzw. 8,93 m.
Die einzelnen Getriebestufen werden durch Steuerungsmittel, umfassend Steuerungsaktoren, welche den einzelnen Zahnrädern zugeordnete Kupplungen, beispielsweise K20, K30, K40, K50, K70, KSR und KHR steuern, jeweils selektiv gesteuert. Eine Zuordnung der Steuerungszustände der einzelnen Kupplungen für Zahnräder mit beispielhaften Zahnzahlen zu den Gängen 1 bis 10 zeigt die folgende Tabelle:
Die Steuerungsaktoren können mechanisch, elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angesteuert werden. Elektrische Steuerungsaktoren umfassen beispielsweise elektromagnetische Aktoren, piezoelektrische Aktoren oder kapazitive Aktoren.
Elektrische Steuerungsaktoren können beispielsweise in E-bikes vorteilhaft zum Einsatz kommen, weil dort bereits eine elektrische Steuerung des Antriebs und der Ladezyklen und entsprechende elektrische Antriebsenergie vorhanden ist. Elektrisch gesteuerte Aktoren lassen sich besonders vorteilhaft mit der elektrischen Steuerung des Antriebes verbinden und ermöglichen eine optimale lastabhängige Steuerung als elektrisches „Automatik-Getriebe“. Diese Ausführungsform ist nicht näher dargestellt.
Pneumatische oder hydraulische Aktoren können beispielsweise steuerbare Druckzylinder umfassen. Pneumatische oder hydraulische Aktoren können vorteilhaft in Systemen eingesetzt werden, in denen bereits beispielsweise zur Verstärkung der Bremswirkung oder zur aktiven Dämpfung von Stößen ein pneumatisches oder hydraulisches Drucksystem vorhanden ist. Diese Ausführungsformen sind nicht näher dargestellt.
Eine Kombination von elektrischer und/oder pneumatischer und/oder hydraulischer und/oder mechanischer Ansteuerung der Aktoren ist jederzeit möglich. Beispielsweise können pneumatische oder hydraulische Steuerungsaktoren elektrisch über sogenannte Solenoide angesteuert werden, ebenso wie mechanische Schieber oder ein Schiebering. Die Steuerungsaktoren können dabei innerhalb oder teilweise außerhalb der Antriebsnabe angeordnet sein, welche das Getriebe umfasst. Beispielsweise kann vorteilhaft innerhalb der Antriebsnabe eine Stufensteuerung angebracht sein, welche nach Betätigung jeweils elektrisch, oder pneumatisch oder hydraulisch oder mechanisch um eine Gangstufe herauf oder herunter steuert.
In der Folge wird als ein vorzugsweises Ausführungsbeispiel eine rein mechanische Steuerung der Aktoren beschrieben.
Die Radnabe mit einem Mehrganggetriebe, wird aus Planetengetrieben gebildet, umfassend Steuerungsmittel zur Steuerung einer Kupplung einer jeweiligen Gangstufe, wobei das Mehrganggetriebe umfassend ein Eingangsgetriebe EGG, das ein zweistufiges und ein darauf folgendes ein- oder zweistufiges Planetengetriebe mit ersten Planetensätzen Z30, Z40, Z50 sowie ein daran anschließendes einstufiges Planetengetriebe mit wenigstens einem zweiten Planetensatz ZHR als Nachschaltgetriebe NSG umfasst, wobei die so gebildeten 10, 12 oder 14 Gangstufen mit mindestens 6 der Kupplungen K20, K30, K40, K50, K70, KSR, KHR und höchstens 7 Kupplungen K20, K30, K40, K50, K70, KSR, KHR so geschaltet sind, dass zur Übertragung eines Drehmoments jeweils nur ein Minimum der Planetensätze abwälzend im Eingriff sind.
Die Radnabe ist vorzugsweise eine Hinterradnabe. Die Übertragung eines Drehmoments findet dabei vom Eingang des Eingangsgetriebes EGG zum Ausgang des Nachschaltgetriebes NSG durch eine geeignete Kombination der Planetensätze derart statt, dass pro Gangstufe nur ein Minimum an Planetensätzen Z30, Z40, Z50, ZHR mit jeweils definierten Zähnezahlen zum Einsatz kommt, wodurch die Effizienz des Mehrganggetriebes erheblich gesteigert wird. Die Auswahl, der in den jeweiligen Gangstufen eingesetzten Planetensätzen wird in der Folge anhand von Auswahltabellen beschrieben.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachfolgend nur beispielhaft beschrieben. Diese Beispiele stellen die besten Wege dar, die Erfindung in der Praxis umzusetzen, welche dem Anmelder derzeit bekannt sind, obwohl dies natürlich nicht die einzigen Wege sind, auf welchen dies erreicht werden könnte. Die Beschreibung legt die Funktionen des Beispiels und die Abfolge der Schritte für das Gestalten und den Betrieb des Beispiels dar. Jedoch können dieselben oder äquivalente Funktionen und Abfolgen von anderen Beispielen erzielt werden.
Gleiche Bauteile weisen gleiche Bezugszeichen auf.
Die einzelnen Schaltzustände der 10 Gänge sind für drei Varianten aus den Tabellen 1 bis 3 und deren Bezeichnungslegende zu ersehen, die in der Beschreibung eingeschlossen sind, und das Getriebeschema ist in Fig. 1 dargestellt. Eine Abwicklung einer Schalttrommel zeigt Fig. 5a. Die Bezugszeichen in den Figuren sind in einer Bezugszeichenliste zusammengestellt.
In den Tabellen 1 bis 3 der 5x2 Gänge Getriebeschemata IGHi - IGH3, sind in der Spalte des Eingangsgetriebes EGG die Zähnezahlen der eingangsseitigen drei Getriebestufen angegeben. Die Tabellen 4 bis 7 betreffen die Getriebe mit 6x2 (7+5 bzw. 7+6) und 7x2 Gängen. Die Bezeichnungen betreffen die Hohl-, Planeten- und Sonnenräder, die in der Figur 1 zur Differenzierung mit angehängten Ziffern 1 - 3 versehen, und in den Figuren 3 und 4 mit den angehängten Ziffern 1 - 4 versehen sind. Entsprechend sind zum Nachschaltgetriebe NSG die Ziffern 5 für das dortige Planetengetriebe angehängt. Die Figuren 1 - 4 sind schematisierte Radialschnitte.
Die Symbolik X in den Rechtecken der Ringe der Kupplungen K50, K70, KSR, bedeutet, dass diese Ringe jeweils eine Rücklaufsperrfunktion haben. Die Symbolik einer Raute in den Rechtecken der Ringe der Kupplungen K20, K30, K40, KHR die an den Sonnenrädern SR1, SR2 des Eingangs-Planetengetriebes EEG und am Hohlrad HR4 des Nachschaltgetriebes NSG eingezeichnet ist, bedeutet, dass diese Ringe jeweils geschaltet eine Mitlaufsperrfunktion und damit eine Kopplung gegen die Drehrichtung bieten.
Die Nabenhülse NH, die die Speichen trägt, ist einerseits auf der Hauptachse HA und andererseits auf der Antriebshülse AH jeweils mit Kugellagern gelagert. Auf der Antriebshülse ist schematisch ein Ketten- oder Riemenrad eines Zugmittelgetriebes ZG gezeigt. In der hohlen Hauptachse HA ist eine Schalttrommel ST verdrehbar angeordnet, die gewendelte Nuten N20, N30, . . . N70, NSR, NHR enthält, die je nach einer durch Rasten für die zehn Gänge bestimmten Verdrehstellungen - in Fig. 5a schematisch dargestellt - in diese eingreifende Schaltfinger der Schieberinge in eine passende Verschiebestellung zum Öffnen bzw. Schließen der zugehörigen Kupplungsringe K30, . . . KHR, die axiale Zähne zum Koppeln aufweisen, verbringen. Diese Schaltfinger sind zudem in passenden axialen Schlitzen in der Hauptachse HA geführt. Die Schließkräfte der Kupplungen erbringen Federn, die jeweils zum Öffnen einer der Kupplungen von dem zugehörigen Schiebering zusammengedrückt werden. Diese Kupplungsansteuerungs-vorrichtungen sind jeweils mindestens zweifach auf dem Umfang der Hauptachse HA platziert, damit die Kupplungsringe sicher parallel verstellt werden. Die Gänge lassen sich vorteilhaft ohne Antriebsunterbrechung durchschalten, und es treten keine störenden Rastgeräusche und keine Stoßbelastungen auf, die bei Klinkenschaltungen üblich sind. Wie aus der Tabelle i der ersten Getriebeversion IGHi ersichtlich ist, sind die Zähnezahlen dreier Planetengetriebe gleich, nämlich 63, 27, -117, so dass diese, die Fertigung vereinfachend Wiederholteile sind. Nur in der Eingangsstufe des Eingangsgetriebe EGG sind weitere Sonnen- und Planetenrad-Zähnezahlen 46, 44 für eine günstige Abstufung der Umsetzungsverhältnisse i vorhanden. Die Gangstufenhöhen sn sind in engen Grenzen gehalten, wie in der rechten unteren Spalte gezeigt ist. Der gesamte Übersetzungsbereich S beträgt anspruchsvolle 6,762 und der mittlere Gangsprung s beträgt 23,7%, entsprechend s beträgt 1,237. Nur zwischen dem 5. und 6. Gang ist die Stufe etwas niedriger. Im dritten Gang G3 ist der Antrieb zur Nabenhülse verlustfrei durchgeschaltet. Die 3 Drehzahlumsetzungsverhältnisse sind für einen Normalbetrieb so verteilt, dass die beiden unteren Gänge Gi, G2 untersetzend und die höheren Gänge G4 - G5 zunehmend übersetzend sind.
In den zwei weiteren Getriebeversionen IGH2, IGH3 sind gemäß den Tabellen 2 und 3 die Zähnezahlen im Nachschaltgetriebe NSG, nämlich 62, 28, -118 bzw. 61, 29, -119, etwas unterschiedlich zu den beiden gleichen Planetengetrieben in dem Eingangsgetriebe EEG, wodurch jeweils eine noch weitere Angleichung der Stufenhöhen s auf 23,9% bzw. 24,1% erreicht ist und der Übersetzungsbereich S entsprechend auf 6,872 bzw. 6,984 erweitert ist.
Vorteilhaft ist das Nachschaltgetriebe NSG mit einer Schrägverzahnung versehen, die eine höhere Kraftübertragung erbringt. Die in der Tabelle der Kupplungen und Gängezahlen eingetragenen Umsetzungsverhältnisse zeigen an, welche Kupplungen jeweils geschlossen sind. Eine 1 zeigt jeweils an, dass ein verlustfreier Blockumlauf eingeschaltet ist.
Wie Fig. 1 zeigt, sind die beiden ringförmigen Hohlräder HR2-3 des Eingangsgetriebes EGG einteilig hergestellt und haben keine Stützwände zur Hauptachse. Ein Auswandern dieser Hohlräder wird beispielsweise durch hier gestrichelt dargestellte Zentriermittel verhindert. Die beiden Planetenträger PT1-2 und PT3 sind gegeneinander axial und radial mit einem Zentrallager ZL abgestützt und dabei gegeneinander verdrehbar. Das Nachschaltgetriebe NSG ist mit seinem Sonnenrad SR5 auf einer Mittelhülse MH angeordnet und durch eine Sonnenradkupplung KSR mit der Mittelhülse verbindbar, die sich zu dem Planetenträger PT3 (bzw. PT3-4 für die Varianten 6x2 (7+5 bzw. 7+6) und 7x2 Gängen) erstreckt, und zudem ist diese Mittelhülse MH, die mit einem Lager L um die Hauptachse HA drehbar gehalten ist, mit einer achsnah angeordneten Sonnenradkupplung K70 mit dem Sonnenrad SR3 (bzw. SR4 für die Varianten 6x2 und 7x2) zu verbinden. Weiterhin ist das Sonnenrad SR5 des Nachschaltgetriebes NSG drehfest und zu montagezwecken axial verschieblich mit der Nabenhülse NH verbunden. Außerdem ist das Hohlrad HR5 des Nachschaltgetriebes NSG mit einer achsnahen Hohlradkupplung KHR mit der Hauptachse HA verbindbar. Der Planetenträger PT5 des Nachschaltgetriebes ist in engen Grenzen axial verschiebbar und drehfest auf der Mittelhülse MH gehalten.
Fig. 2 zeigt eine weitere vereinfachte Ausführung, bei der die Schaltung der Sonnenradkupplung KSR nicht von der Schalttrommel ST aus erfolgt, sondern die Schubkräfte einer Schrägverzahnung des Nachschaltgetriebes so genutzt werden, dass die Sonnenradkupplung KSR immer selbsttätig, entgegengesetzt zur aktiv geschalteten Hohlradkupplung KHR, jeweils gegen eine Federkraft geöffnet bzw. geschlossen ist. Demgemäß ist im direkten Gang die Sonnenradkupplung geschlossen und die Hohlradkupplung geöffnet. Das Nachschaltgetriebe läuft deshalb als Block um.
Bei der bevorzugten Variante ist die Verzahnungsschrägung so orientiert, dass das Sonnenrad SR5 sich unter Last durch die Axialkraft vom feststehenden Teil der Kupplung KSR wegbewegt und das Hohlrad HR5 eine entgegengesetzte Kraft erfährt. Der Drehmomentüberträger D5 ist drehfest aber axial verschiebbar mit der Nabenhülse NH sowie drehfest und axial fest mit dem Sonnenrad SR5 verbunden. Bei Stillstand oder im Betrieb im direkten Gang des Nachschaltgetriebes NSG ist die Sonnenradkupplung KSR mittels der Feder F5, die den Drehmomentüberträger D5 axial gegen die Nabenhülse NH abstützt, geschlossen. Diese Bewegung ist durch einen Anschlag in der Nabenhülse NH begrenzt. Die Axialkräfte des Hohlrades HR5 werden über ein axial belastbares Wälzlager zwischen der Nabenhülse NH und dem Hohlrad HR5 direkt, und / oder über eine axial wirkende Sicherung S5 auf der Hauptachse HA aufgenommen. Unterstützt wird der Schaltvorgang dadurch, dass beim Schließen der Hohlradkupplung KHR das Sonnenrad SR5 den Planetenträger PT3 (bzw. PT3-4 bei den Varianten 6x2 und 7x2) überholt und damit in den Freilaufmodus wechselt, wobei die Orientierung der Kupplungszähne dafür sorgt, dass die Kupplung KSR geöffnet wird.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass es kein Aneinanderklappern der Kupplungszähne gibt, da die Kupplung KSR durch geeignete Positionierung des o.g. Anschlags hinreichend weit geöffnet werden kann.
Fig. 5a zeigt eine Abwicklung von 2x 180 der Oberfläche der Schalttrommel ST mit deren Nuten N20, N30, . . . NHR, mit denen die Kupplungen K20, K30, . . . KHR je nach Gangstellung geöffnet bzw. geschlossen gestellt werden. Die Raststellungen zu den 10 verschiedenen Gängen sind auf die 180° Verdrehwinkel verteilt seitlich dargestellt.
Insgesamt ist das beanspruchte 10-Ganggetriebe gegenüber dem nächstkommenden eingangs benannten 9-Ganggetriebe einfacher und aus weniger verschiedenen Zahnrädern sowie einer oder zwei Kupplung(en) weniger aufgebaut, wobei sämtliche Kupplungen nahe an der Hauptachse oder nahe an der Mittelhülse angeordnet sind und dadurch mit geringeren Toleranzen zu steuern sind. Außerdem ist ein zehnter Gang zusätzlich schaltbar und der Übersetzungsbereich beträgt statt der vorbekannten 5,60 in den drei beanspruchten Varianten 6,762 oder 6,827 bzw. 6,948. Es sind also mehrere Vorteile unabhängig aber sich ergänzend erbracht.
Nach dem gleichen Schaltverfahren und mit dem gleichen Nachschaltgetriebe NSG sind des Weiteren je ein 6x2 (7+5 bzw. 7+6) und ein 7x2-Ganggetriebe aufgebaut, zu denen die Figuren 3, 4 und 5b sowie die zugehörigen Schalt- /Übersetzungstabellen 4 und 5a/5b die Details darstellen. Die mittleren Gangsprünge und Übersetzungsbereiche ergeben sich ebenfalls aus den genannten Tabellen.
Das 6x2 Getriebe ist der Bauart nach ein 7-Gang Getriebe, bei dem lediglich sechs Gänge genutzt werden. So sind weitere bevorzugte Varianten als 7+5 bzw. als auch 7+6-Ganggetriebe vorgesehen. Die 12-Gang Variante mit der 7+5 Struktur nutzt alle sieben Gänge zusammen mit dem Direktgang des Nachschaltgetriebes NSG. Im Schnellgang desselben werden dann die fünf Gänge zwei bis sechs genutzt. Der Vorteil dieser Konfiguration besteht darin, dass ein weiterer Gang nur ein Teilgetriebe belastet. Die 13-Gang Variante mit der 7+6 Struktur verwendet im Schnellgang des Nachschaltgetriebes NSG die sechs Gänge zwei bis sieben des Eingangsgetriebes. Der mittlere Gangsprung s (5 = 1, 195) in Tabelle 5b ändert sich hierbei nicht. Die Spreizung S vergrößert sich auf rund 850%. das ist genug, um mit sPedelecs sowohl steile Anstiege als auch die in Deutschland erlaubten 45km/h mit angenehmen Pedalkurbeldrehzahlen zu bewältigen.
Die Gangsprünge der Eingangsgetriebe EGG sind nicht willkürlich gewählt, sondern hängen von der Übersetzung des Nachschaltgetriebes NSG und von der Anzahl der Gänge der Eingangsgetriebe EGG ab. Die großen Gangsprünge von 24% sind bevorzugt bei mit Elektromotor unterstützten Fahrrädern in Verwendung. Die kleinen Gangsprünge von 16,2% sind bevorzugt bei unmotorisierten Fahrrädern, insbesondere Reiserädern, in Verwendung. Die mittleren Gangsprünge von 19,5% stellen einen Kompromiss beider Anwendungen dar, wobei ein weiterer Vorteil die mögliche besonders große Spreizung der 7+6 Konfiguration darstellt.
Ferner sind die Zähnezahlen der Hohl- und Sonnenräder der Nachschaltgetriebe nicht willkürlich gewählt. Deren Zähnezahlsumme beträgt hier 180 und ist damit beispielsweise durch 3, 4, 5, 6 teilbar, so dass 3, 4, 5, 6 Planeten gleichmäßig auf deren Teilkreis verteilt werden können. Der Vorteil besteht darin, dass die Belastbarkeit des Nachschaltgetriebes durch Erhöhen der Planetenzahl an die Anforderungen angepasst werden kann, ohne Abmessungen oder Zähnezahlen und damit Umsetzungsfaktoren ändern zu müssen.
Fig. 6 zeigt in einer Prinzipdarstellung eine Anordnung des Eingangsgetriebes EGG, des Nachschaltgetriebes NSG und der Steuerungsmittel.
Fig. 7 zeigt in einer Prinzipdarstellung beispielhaft eine Anordnung des Eingangsgetriebes EGG, des Nachschaltgetriebes NSG und der Einwirkung der Steuerungsmittel auf einzelne Kupplungen.
Bezeichnungsliste der Figuren:
AH Antriebshülse
HA Hauptachse
MH Mittelhülse
NH Nabenhülse
SN Seilnippel
ST Schalttrommel
N20, N30, . . . NHR Nuten in Schalttrommel
L Lager von MH
PT1-2, PT3/PT3-4, PT5 Planetenträger
ZG Zugmittelgetriebe
ZL Zwischenlager PT1-2 zu PT3-4
SRi - SR5 Sonnenräder
PRi - PR5 Planetenräder
HR2-3, HR5 Hohlräder
D5 Drehmomentkoppler von SR5
F5 Feder von D5 zu AH
S5 Sicherung an HA für H 5
GDi, GD2 Gehäusedeckel
GT1, GT2 Gehäusetrennung von GD1, GD2
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91 ) ISA/EP ASL axiales Stützlager
ASE axiales Stützelement
Bezeichnungsliste der Tabellen:
IGH Integrated Gear Hub
HR Hohlrad
PR Planetenrad
SR Sonnenrad
EGG Eingangsgetriebe
NSG Nachschaltgetriebe
N Anzahl der Gänge
Gn Gangnummer
S Übersetzungsbereich gesamt s mittlerer Gangsprung i Umsetzungsverhältnis
K20, K30, K40 Kupplungen erstes Teilgetriebe
K50, (K60), K70 Kupplungen zweites Teilgetriebe
KSR Sonnenradkupplung im NSG
KHR Hohlradkupplung im NSG
Symbolliste

Claims

Patentansprüche Radnabe mit einem Mehrganggetriebe, das aus Planetengetrieben gebildet ist, umfassend Steuerungsmittel zur Steuerung einer Kupplung einer jeweiligen Gangstufe, dadurch gekennzeichnet, dass das Mehrganggetriebe ein Eingangsgetriebe (EGG), das ein zweistufiges und ein darauf folgendes ein- oder zweistufiges Planetengetriebe mit ersten Planetensätzen (Z30, Z40, Z50), sowie ein daran anschließendes einstufiges Planetengetriebe mit wenigstens einem zweiten Planetensatz (ZHR) als Nachschaltgetriebe (NSG) umfasst, wobei die so gebildeten Gangstufen mit mindestens 6 der Kupplungen Gangstufen mit mindestens 6 der Kupplungen (K20, K30, K40, K50, K70, KSR, KHR) und höchstens 7 Kupplungen (K20, K30, K40, K50, K70, KSR, KHR) so geschaltet sind, dass zur Übertragung eines Drehmoments jeweils nur ein Minimum der Planetensätze abwälzend im Eingriff sind. Radnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetengetriebe mittels axial verschieblicher Schieberinge mit Schaltfmgern in gewendelte Nuten in einer Schalttrommel (ST) eingreifen, wobei die Schaltfmger zudem in radialen, parallel zur Getriebeachse orientierten Schlitzen einer sie umschließenden hohlen Hauptachse (HA) geführt sind und dadurch verschiedene Gänge zu schalten sind, indem durch die Schieberinge kuppelnd federbelastet sich radial erstreckende mit axialen Zähnen besetzte Kupplungsringe einer jeweiligen Gangstufe gemäß freizustellen sind. Radnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachschaltgetriebe (NSG) auf einer Mittelhülse (MH) angeordnet ist und jeweils angekuppelt die ersten 5, 6 oder 7 Gänge mit einer Nabenhülse (NH) verbindet oder diese Gänge bei festgelegtem Hohlrad (HR5) verdoppelnd gekuppelt abgehend auf die Nabenhülse überträgt. Radnabe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Hauptachse (HA) angeordnet das Mehrganggetriebe von einer Antriebshülse (AH) ausgehend aus einem 5-, 6- oder 7-Ganggetriebe als Eingangsgetriebe (EGG) besteht.
5. Radnabe nach Anspruch 1, bei der die Kupplungen nah an der Hauptachse (HA) oder nah an der Mittelhülse (MH) angeordnet sind.
6. Radnabe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Planetengetriebe einander gleich sind und diese miteinander verbundene ringförmige Hohlräder (HR2-3) aufweisen und Planetenträger (PT1-2, PT3/PT3-4) dieser beiden Planetengetriebe axial und radial mit einem Zwischenlager (ZL) gegeneinander abgestützt sind und das Nachschaltgetriebe (NSG) ein weiteres Planetengetriebe ist.
7. Radnabe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad (SR5) des Nachschaltgetriebes (NSG) auf der Mittelhülse (MH) gelagert ist und axialverschieblich und verdrehfest mit der Nabenhülse (NH) verbunden ist sowie mit einer Sonnenradkupplung (KSR) mit dem ausgangsseitigen Planetenträger (PT3/PT3-4) des Eingangsgetriebes (EGG) kuppelbar ist, und dass ein Hohlrad (HR4) des Nachschaltgetriebes (NSG) achsnah mit der Hauptachse (HA) mit einer Hohlradkupplung (KHR) verkuppelbar ist.
8. Radnabe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in 10 Gängen zu schalten ist und dass ein eingangsseitiges Sonnenrad (SR1) mit einer ersten Kupplung (K20) mit der Antriebshülse (AH) und mit einer zweiten Kupplung (K30) mit der Hauptachse (HA) sowie ein zweites und ein drittes Sonnenrad (SR2, SR3) und die Mittelhülse (MH) jeweils mit einer Kupplung (K40, K50, K70) mit der Hauptachse (HA) verkuppelbar sind, wobei die Ringe der Kupplungen (K50, K70, KSR), die sich an dem Sonnenrad (SR3) des einteiligen Planetengetriebes des Eingangsgetriebes (EGG) und dem Sonnenrad (SR5) des Nachschaltgetriebes (NSG) befinden, jeweils eine Rücklaufsperrfunktion haben und die Ringe der Kupplungen (K20, K30, K40, KHR) die an den Sonnenrädern (SR1, SR2) des eingangsseitigen Planetengetriebes und am Hohlrad (HR5) des Nachschaltgetriebes (NSG) befinden, jeweils geschaltet eine Mitlaufsperrfunktion und eine Kopplung gegen die Drehrichtung erbringen. Radnabe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Eingangsgetriebe (EGG) das eingangsseitige Sonnenrad (SRi) 46 Zähne hat und die eingangsseitigen Planetenräder (PRi) 44 Zähne haben und dass die weiteren Sonnenräder (SR2, SR3) 63 Zähne haben, die weiteren Planetenräder (PR2, PR3) 27 Zähne und die Hohlräder (HR2-3, HR5) -117 Zähne haben und dass das Planetengetriebe im Nachschaltgetriebe (NSG)
• in einer ersten Version (IGH1) die Zähnezahlen 63, 27, -117, wie das zweite und dritte Planetengetriebe aufweist und dadurch einen mittleren Gangsprung s von 23,7% sowie einen Übersetzungsbereich von 6,762 hat und
• in einer zweiten Version (IGH2) die Zähnezahlen 62, 28, -118 aufweist und einen Gangsprung mit geringeren Toleranzen von 23,9% sowie einen Übersetzungsbereich von 6,872 hat und
• in einer dritten Version (IGH3) die Zähnezahlen 61, 29, -119 aufweist und einen Gangsprung mit engen Toleranzen von 24,1% und einen Übersetzungsbereich von 6,984 hat. Radnabe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Gang (Gi) nur die Sonnenradkupplungen (K20, K50, KSR) eingekuppelt sind, im zweiten Gang (G2) nur die Sonnenradkupplungen (K30, K50, KSR) eingekuppelt sind, im dritten Gang (G3) nur die Umlaufkupplungen (K20, K70, KSR) geschaltet sind, im vierten Gang (G4) nur die Sonnenradkupplungen (K30, KSR) und die Nabenhülsenkupplung (K70) gekuppelt sind und im fünften Gang (G5) die Sonnenradkupplungen (K40, KSR) sowie die Nabenhülsenkupplung (K70) gekuppelt sind, und dass in den Gängen sechs bis zehn (Ge, . . . Gi0) die Kupplungen entsprechend den Einstellungen in den ersten fünf Gänge statt der Sonnenradkupplung (KSR) des Nachschaltgetriebes (NSG) jeweils dessen Hohlradkupplung (KHR) gekuppelt ist. n. Radnabe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie in 12 oder 14 Gängen zu schalten ist und dass das eingangsseitige Sonnenrad (SRi) mit einer ersten Kupplung (K20) mit der Antriebshülse (AH) und mit einer zweiten Kupplung (K30) mit der Hauptachse (HA) sowie das zweite, dritte und vierte Sonnenrad (SR2, SR3, SR4) und die Mittelhülse (MH) jeweils mit einer Kupplung (K40, K50, K60, K70) mit der Hauptachse (HA) verkuppelbar sind, wobei die Ringe der Kupplungen (K50, K60, K70, KSR), die sich an den Sonnenrädern (SR3, SR4) des zweiten Teils des Eingangsgetriebes (EGG) und dem Sonnenrad (SR5) des Nachschaltgetriebes (NSG) befinden, jeweils eine Rücklauf sperrfunktion haben und die Ringe der Kupplungen (K20, K30, K40, KHR) die an den Sonnenrädern (SRi, SR2) des eingangsseitigen Planetengetriebes und am Hohlrad (HR5) des Nachschaltgetriebes (NSG) befinden, jeweils geschaltet eine Mitlaufsperrfunktion und eine Kopplung gegen die Drehrichtung erbringen.
12. 12-Gang Radnabe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Eingangsgetriebe (EGG) das ein- und das ausgangsseitige Sonnenrad (SRi, SR4) 62 Zähne haben und die ein- und ausgangsseitigen Planetenräder (PRi, PR4) 25 Zähne haben und dass die weiteren Sonnenräder (SR2, SR3) 52 Zähne haben, die weiteren Planetenräder (PR2, PR3) 35 Zähne und die Hohlräder (HR2-3) -122 Zähne haben und dass das Planetengetriebe im Nachschaltgetriebe (NSG)
• in einer ersten Version (IGH4) die Zähnezahlen 63, 27, -117 aufweist und dadurch einen mittleren Gangsprung (") von 19,3% sowie einen Übersetzungsbereich von 6,974 hat und
• in einer zweiten Version (IGH5) die Zähnezahlen 62, 28, -118 aufweist und dadurch einen mittleren Gangsprung (V) von 19,5% sowie einen Übersetzungsbereich von 7,087 hat. 14-Gang Radnabe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Eingangsgetriebe (EGG) das ein- und das ausgangsseitige Sonnenrad (SRi, SR4) 60 Zähne haben und die ein- und ausgangsseitigen Planetenräder (PRi, PR4) 36 Zähne haben und dass die weiteren Sonnenräder (SR2, SR3) 70 Zähne haben, die weiteren Planetenräder (PR2, PR3) 26 Zähne und die Hohlräder (HR2-3) -122 Zähne haben und dass das Planetengetriebe im Nachschaltgetriebe (NSG)
• in einer ersten Version (IGH6) die Zähnezahlen 63, 27, -117 aufweist und dadurch einen mittleren Gangsprung (s) von 16,2% sowie einen Übersetzungsbereich von 7.076 hat und
• in einer zweiten Version (IGH7) die Zähnezahlen 62, 28, -118 aufweist und dadurch einen mittleren Gangsprung (5) von 16,4% sowie einen Übersetzungsbereich von 7,191 hat. Radnabe nach den Ansprüchen 8, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachschaltgetriebe (NSG) mit einer so gestellten Schrägverzahnung ausgebildet ist, dass entweder das Sonnenrad (SR5) gegen eine Federkraft die Sonnenradkupplung (KSR) in die Schließstellung drückt, wenn die Hohlradkupplung (KHR) geöffnet ist, oder das Sonnenrad (SR5) die Sonnenradkupplung (KSR) gegen eine Federkraft einer am Nabengehäuse axial abgestützten Feder (F5) öffnet, wenn die Hohlradkupplung (KHR) geschlossen ist, so dass Steuermittel seitens der Schalttrommel (ST) sowie eine zugehörige Steuernut (NSR) für die Sonnenradkupplung (KSR) entfallen. Radnabe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Schalttrommel (ST) gewendelte Nuten (N20, . . . NHR) befinden, die passend zu den Kupplungseinstellungen in den 10, 12 bzw. 14 verschiedenen Gängen ausgebildet sind, und die Schalttrommel (ST) stirnseitig ein Schrittschaltwerk mit 10, 12 bzw. 14 Raststellungen auf jeweils i8o° Trommelumdrehung trägt. Radnabe nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrittschaltwerk durch zwei mal 10, zwei mal 12 bzw. zwei mal 14 Rasten, vorzugsweise zwei mal m Rasten, wobei m die Anzahl der schaltbaren Gänge wiedergibt, zwischen der Schalttrommel (ST) und der Hauptachse (HA).
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022107915C5 (de) * 2022-04-02 2025-12-24 Wilfried Donner Verbessertes Schalten von Axialkupplungen mit Flachverzahnungen unter Last
DE102023209070A1 (de) * 2023-09-19 2025-03-20 Zf Friedrichshafen Ag Tretlagergetriebe für ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug
DE102023132821B3 (de) 2023-11-24 2025-03-27 Wilfried Donner Nabengetriebeanordnung für ein pedalgetriebenes Fahrzeug und Verfahren zum Bereitstellen einer Nabengetriebeanordnung für ein pedalgetriebenes Fahrzeug

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006024370A1 (de) 2006-05-24 2007-12-13 Zf Friedrichshafen Ag Mehrgruppengetriebe und Verfahren zum Gangwechsel bei einem Mehrgruppengetriebe
DE102016207035A1 (de) * 2016-04-26 2017-10-26 Robert Bosch Gmbh Antriebsanordnung und Fahrzeug
DE102018007326A1 (de) 2018-03-28 2019-10-02 Wilfried Donner Mehrganggetriebe mit zwei Planetengetrieben
DE102019208536B4 (de) * 2019-06-12 2021-08-05 Zf Friedrichshafen Ag Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec

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