EP4473231A1 - Anordnung zum betätigen eines schaltelementes eines getriebes - Google Patents

Anordnung zum betätigen eines schaltelementes eines getriebes

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EP4473231A1
EP4473231A1 EP23703158.8A EP23703158A EP4473231A1 EP 4473231 A1 EP4473231 A1 EP 4473231A1 EP 23703158 A EP23703158 A EP 23703158A EP 4473231 A1 EP4473231 A1 EP 4473231A1
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EP
European Patent Office
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pawl
course
contact surface
shift
contact
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Pending
Application number
EP23703158.8A
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English (en)
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Inventor
Hagen Doepfert
Peter Ziemer
Thomas Riedisser
Ulrich Doerr
Uwe Schraff
Markus Strobel
Christoph Margraf
Uwe Griesmeier
Leschek Debernitz
Michel Wiemer
Michael Bucher
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ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to an arrangement for actuating a shifting element of a transmission, in particular a bottom bracket transmission, with a shifting pawl mounted pivotably about a pivot axis and with a rotatable shifting ring with external teeth assigned to a transmission element, with a first end of the shifting pawl of the External toothing of the shift ring is assigned for locking or releasing the shift ring for shifting a gear ratio, and a second end of the pawl is assigned to a shifting gate with an alternately rising and falling course on an outer circumference of a shift drum that actuates the pawl. Furthermore, the invention relates to a bottom bracket gear with the arrangement and a bicycle or pedelec with the bottom bracket gear.
  • a bottom bracket gear in a planetary gear set design for a bicycle or a pedelec with an arrangement for actuating at least one brake switching element is known.
  • the bottom bracket gear has several planetary gear sets to implement different gear ratios.
  • the bottom bracket gear is assigned several brake shifting elements, each of which has a brake ring assigned to a gear component, which can be locked or released via a brake pawl in order to shift a predetermined assigned gear ratio.
  • the brake rings of the brake switching elements are each rotatably mounted in the housing of the bottom bracket gear.
  • Each brake pawl assigned to a brake ring is actuated by a rotatably mounted shift drum which is arranged approximately axially parallel to a central axis of rotation of the bottom bracket gear.
  • the brake pawl is brought into engagement with an external toothing of the brake ring. This creates corresponding reaction and actuation forces on the brake pawl and on the shift drum. Due to these forces, a correspondingly high switching torque is required, which puts a strain on the actuation of the shift drum and shift pawl.
  • the present invention is therefore based on the object of proposing an arrangement and a bottom bracket gear and a bicycle or pedelec in which power shifting with the lowest possible shifting torque is made possible.
  • an arrangement for actuating a shifting element, in particular a brake shifting element of a transmission, in particular a bottom bracket gear with a shifting pawl mounted pivotably about a pivot axis, in particular a brake pawl, and with a rotatable shifting ring, in particular a brake ring, associated with a transmission element and having external teeth, wherein a first end of the pawl is assigned to the outer toothing of the shifting ring for locking or releasing the shifting ring for shifting a gear ratio, and a second end of the pawl is assigned to a shifting gate with an alternately rising and falling course on an outer circumference of a shift drum that actuates the pawl.
  • a first contact line area between a contact surface profile on the first end of the switching pawl and a contact surface profile on the external toothing of the switching ring is designed in such a way that a contact line area between a first leg as a connection of the first contact line area with the pivot axis of the pawl and a second leg as a tangent to the course of the contact surface in the first contact line area formed contact pressure angle ⁇ of the pawl of about 94 ° plus / minus 3 ° is provided.
  • the reaction and actuation forces occurring on the pawl are so low that a uniform shift or actuation torque over the shifting process is ensured at the lowest possible level and, in addition, no peaks in the shifting torque curve appear.
  • the proposed arrangement can be used to switch under load.
  • the course of the contact surface at the first end of the pawl is designed as an approximate involute course.
  • the at least approximated involute curve at the first end of the pawl results in the proposed arrangement when the center point of the radius of the contact surface curve at the first end of the pawl is on a leg line through the pivot axis of the pawl, the leg line being in a Angle ⁇ of about 90° plus/minus 10° to a connection from the first contact line region to the pivot axis of the pawl.
  • the course of the contact surface on the external toothing of the switching ring forms approximately a plane and thus has no radius.
  • the course of the contact surface on the external teeth of the switching ring can correspond to an involute or at least an approximate involute.
  • the configurations provided for the contact surface courses of the first contact line area between the first end of the ratchet pawl and the external toothing of the switching ring ensure that the first contact line area is assigned to the tip of the tooth of the external toothing.
  • a tooth tip carrier is implemented as an external toothing on the switching ring.
  • the contact surface profile on the shift gate along the rising or descending course is designed as at least an approximate involute course. Accordingly, an approximate or actual involute curve can be provided.
  • the shift drum and the shift pawl are made of hardened steel or of an aluminum alloy with a hard-anodized surface.
  • the pawl is designed as a rocker arm or as a rocker arm.
  • Rocker arms are designed as two-sided levers, while rocker arms are designed as one-sided levers.
  • the shift drum is assigned to an oil sump of the transmission. In this way, sufficient oil is available for lubricating the shift drum.
  • a further aspect of the invention is a bottom bracket transmission with at least one arrangement for shifting shifting elements, in particular brake shifting elements, as described above, resulting in the advantages already described and other advantages.
  • a next aspect of the invention is a bicycle or pedelec with the above-described bottom bracket gear, resulting in the advantages already described and others.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional partial view of a possible embodiment variant of an arrangement according to the invention for actuating a shifting element of a transmission;
  • FIG. 2 shows an enlarged detailed view of a first contact line region between a contact surface profile on a first end of a pawl and a contact surface profile on an external toothing of a switching ring of the arrangement;
  • FIG. 3 shows a detailed view of the ratchet according to FIG. 1 inserted in the outer toothing of the switching ring;
  • FIG. 4 shows a further detailed view of the pawl according to FIG. 1 inserted in the outer toothing of the switching ring;
  • FIG. 5 shows an enlarged detailed view of a second contact line area between a contact surface profile on a second end of the shift pawl and a contact surface profile on a shift gate of a shift drum actuating the shift pawl according to FIG.
  • FIGS. 1 to 5 a possible embodiment variant of an arrangement according to the invention for actuating a shifting element designed, for example, as a brake shifting element, preferably using a bottom bracket gear of a bicycle or pedelec 1, is shown as an example.
  • a shifting element designed, for example, as a brake shifting element, preferably using a bottom bracket gear of a bicycle or pedelec 1
  • the arrangement comprises a ratchet or brake pawl 3 mounted pivotably about a pivot axis 2 and a rotatable switching ring or brake ring 4 assigned to a transmission element and having external teeth 5, with a first end 6 of the ratchet 3 of the external teeth 5 of the switching ring 4 for Locking or releasing the shift ring 4 is assigned to shift a gear ratio, and a second end 7 of the pawl 3 is assigned to a shift gate 8 with an alternately rising and falling course on an outer circumference of a shift drum 9 that actuates a pawl 3.
  • the rising or The sloping course is realized by a ramp-like, recurring mountain-valley course on the shift drum 9 as a shift gate 7 .
  • a first contact line area 10 between a contact surface profile 11 on the first end 6 of the switching pawl 3 and a contact surface profile 12 on the external teeth 5 of the switching ring 4 is designed in such a way that an between a first leg as a connection 26 of the first contact line region 10 with the pivot axis 2 of the pawl 3 and a second leg as a contact surface profile 11 formed on the first contact line region 10 contact engagement angle ⁇ of the pawl 3 of about 94° plus/minus 3° is provided.
  • the ability to shift under load is realized in particular when shifting down from a higher to a lower gear.
  • the reaction and actuation forces on the pawl are relatively low due to the selected contact pressure angle ⁇ .
  • the torque level is reduced to a minimum value overall due to the uniform actuating torque over the disengagement process of the shift pawl 3, since no torque peaks occur during the shifting process.
  • connection 26 of the first contact line region 10 with the pivot axis 2 of the ratchet 3 is shifted by an angle of 4° plus/minus 2°, so that a further 90° results in the optimum contact pressure angle ⁇ of 94° plus/-2°.
  • the course of the contact surface 11 at the first end 6 of the switching pawl 3 is preferably designed as an involute course or at least as an approximate involute course. As a result, the required switching torque is kept constant over the entire selection process. At least one approximate involute results as a contact surface course 11 when the radius center 20 of the contact surface course 11 is at the first end 6 of the pawl 3 on a side line 16 that is at an angle ⁇ of 90° plus/minus 10° to the connection 17 is located from the first contact line area 10 between the pawl 3 and the switching ring 4 on the contact surface course 11 to the pivot axis 2 of the pawl 3, as shown in FIG.
  • the course of the contact surface 12 on the external teeth 5 of the switching ring 4 is preferably designed as a plane. However, it is conceivable that the course of the contact surface course 12 is also designed as an involute or at least an approximate involute.
  • a connection 18 from a rotation axis 27 of the switching ring 4 to the first contact line region 10 is shown as the first leg and a connection 19 from the first contact line region 10 to the pivot axis 2 of the pawl 3 is shown as the second leg, with the connection 19 starting from the first leg of 90° plus angle ⁇ results.
  • the lowest possible contact forces on the first contact line area 10 are ensured by the smallest possible value of the angle ⁇ .
  • the angle ⁇ can also be increased, as a result of which an increase in the number of teeth on the external teeth 5 of the switching ring 4 becomes possible. As a result, the idle travel on the pedal of the bicycle or pedelec 1 can be reduced.
  • the Shift gate 8 has an alternating rising and falling course on the outer circumference of the shift drum 9 .
  • This ramp-shaped course is realized by the transitions from valley to peak at shift gate 8 .
  • the cantilever ramp or the rising course for disengaging the shift pawl 3 in the transition from a valley to a hill at the shift gate 8 is preferably implemented in both directions in an approximate involute shape.
  • the radius center 21 of the contact surface course 15 shown in detail on the shift gate 8 for laying out the shift pawl 3 lies on a leg line 22 which runs through the pivot axis 2 of the shift pawl 3 and with the perpendicular bisector 23 on the second contact line region 13 between the two extremes outermost and innermost contact lines 24, 25 is at an angle ⁇ of about 90° plus/minus 5°.
  • the course of the contact surface 14 at the second end 7 of the switching pawl 3 is preferably a circular surface. It is conceivable that the course of the contact surface 14 on the pawl 3 also forms an involute course or at least an approximate involute course.
  • the shift drum 9 and the shift pawl 3 are preferably made of an aluminum alloy that is hard-anodized on the surface, in order both to reduce weight and to optimize the tribological sliding properties.

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Abstract

Es wird eine Anordnung zum Betätigen eines Schaltelementes eines Getriebes mit einer schwenkbar um eine Schwenkachse (2) gelagerte Schaltklinke (3) und mit einem Getriebeelement zugeordneten drehbaren Schaltring (4) mit einer Außenverzahnung (5) vorgeschlagen, wobei ein erstes Ende (6) der Schaltklinke (3) der Außenverzahnung (5) des Schaltrings (4) zum Sperren oder Freigeben des Schaltrings (4) zum Schalten einer Übersetzungsstufe zugeordnet ist, wobei ein zweites Ende (7) der Schaltklinke (3) einer Schaltkulisse (8) mit einem alternierend ansteigenden und abfallenden Verlauf an einem Außenumfang einer die Schaltklinke (3) betätigenden Schaltwalze (9) zugeordnet ist, wobei ein erster Kontaktlinienbereich (10) zwischen einem Kontaktflächenverlauf (11 ) an dem ersten Ende der Schaltklinke (3) und einem Kontaktflächenverlauf (12) an der Außenverzahnung (5) des Schaltrings (4) derart ausgeführt ist, dass ein zwischen einem ersten Schenkel als Verbindung (26) des ersten Kontaktlinienbereichs (10) mit der Schwenkachse (2) der Schaltklinke (3) und einem zweiten Schenkel als Kontaktflächenverlauf (11 ) an dem ersten Kontaktlinien bereich (10) gebildeter Kontakt-Eingriffswinkel (φ) der Schaltklinke (3) von etwa 94° plus/minus 2° vorgesehen ist. Ferner wird ein Tretlagergetriebe mit der Anordnung sowie ein Fahrrad oder Pedelec (1 ) mit dem Tretlagergetriebe vorgeschlagen.

Description

Anordnung zum Betätigen eines Schaltelementes eines Getriebes
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betätigen eines Schaltele- ments eines Getriebes, insbesondere eines Tretlagergetriebes, mit einer schwenkbar um eine Schwenkachse gelagerten Schaltklinke und mit einem einem Getriebeele- ment zugeordneten drehbaren Schaltring mit einer Außenverzahnung, wobei ein ers- tes Ende der Schaltklinke der Außenverzahnung des Schaltrings zum Sperren oder Freigeben des Schaltrings zum Schalten einer Übersetzungsstufe zugeordnet ist und wobei ein zweites Ende der Schaltklinke einer Schaltkulisse mit einem alternierend ansteigenden und abfallenden Verlauf an einem Außenumfang einer die Schaltklinke betätigenden Schaltwalze zugeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Tretlager- getriebe mit der Anordnung sowie ein Fahrrad oder Pedelec mit dem Tretlagerge- triebe.
Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2019 220044 A1 ist ein Tretlagergetriebe in Planetenradsatzbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec mit einer Anordnung zum Betätigen zumindest eines Bremsschaltelements bekannt. Das Tretlagergetriebe weist mehrere Planetenradsätze zum Realisieren verschiedener Übersetzungsstufen auf. Dem Tretlagergetriebe sind mehrere Bremsschaltelemente zugeordnet, die je- weils einen einem Getriebebauteil zugeordneten Bremsring aufweisen, der über eine Bremsklinke gesperrt oder freigegeben werden kann, um eine vorbestimmte zuge- ordnete Übersetzungsstufe zu schalten. Die Bremsringe der Bremsschaltelemente sind jeweils in dem Gehäuse des Tretlagergetriebes drehbar gelagert. Jede einem Bremsring zugeordnete Bremsklinke wird durch eine drehbar gelagerte Schaltwalze betätigt, die etwa achsparallel zu einer zentralen Rotationsachse des Tretlagergetrie- bes angeordnet ist. Zum Sperren des Bremsrings wird die Bremsklinke mit einer Au- ßenverzahnung des Bremsrings in Eingriff gebracht. Hierbei entstehen entspre- chende Reaktions- und Betätigungskräfte an der Bremsklinke und an der Schalt- walze. Aufgrund dieser Kräfte ist ein entsprechend hohes Schaltmoment erforderlich, welches die Betätigung von Schaltwalze und Schaltklinke belastet. Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung sowie ein Tretlagergetriebe und ein Fahrrad oder Pedelec vorzuschlagen, bei dem eine Lastschaltbarkeit mit möglichst geringem Schaltmoment ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 14 bzw. 15 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
Demnach wird eine Anordnung zum Betätigen eines Schaltelements, insbesondere eines Bremsschaltelements eines Getriebes, insbesondere eines Tretlagergetriebes mit einer schwenkbar um eine Schwenkachse gelagerten Schaltklinke, insbesondere Bremsklinke, und mit einem einem Getriebeelement zugeordneten drehbaren Schalt- ring, insbesondere Bremsring, mit einer Außenverzahnung vorgeschlagen, wobei ein erstes Ende der Schaltklinke der Außenverzahnung des Schaltrings zum Sperren oder Freigeben des Schaltrings zum Schalten einer Übersetzungsstufe zugeordnet ist und wobei ein zweites Ende der Schaltklinke einer Schaltkulisse mit einem alter- nierend ansteigenden und abfallenden Verlauf an einem Außenumfang einer die Schaltklinke betätigenden Schaltwalze zugeordnet ist. Um eine Lastschaltbarkeit mit möglichst geringem Schaltmoment zu ermöglichen, sind ein erster Kontaktlinienbe- reich zwischen einem Kontaktflächenverlauf an dem ersten Ende der Schaltklinke und einem Kontaktflächenverlauf an der Außenverzahnung des Schaltrings derart ausgeführt, dass ein zwischen einem ersten Schenkel als Verbindung des ersten Kontaktlinienbereichs mit der Schwenkachse der Schaltklinke und einem zweiten Schenkel als Tangente an den Kontaktflächenverlauf im ersten Kontaktlinienbereich gebildeter Kontakt-Eingriffswinkel φ der Schaltklinke von etwa 94° plus/minus 3° vor- gesehen ist.
Aufgrund des bei der vorgeschlagenen Anordnung vorgesehenen Kontakt-Eingriffs- winkels φ sind die auftretenden Reaktion- und Betätigungskräfte an der Schaltklinke derart gering, dass ein gleichmäßiges Schalt- bzw. Betätigungsmoment über den Schaltvorgang auf möglichst geringem Niveau gewährleistet wird und zusätzlich auch keine Spitzen im Schaltmomentverlauf auftreten. Demzufolge kann bei der vorge- schlagenen Anordnung eine Lastschaltbarkeit realisiert werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Kontaktflächenver- lauf an dem ersten Ende der Schaltklinke als angenäherter Evolventenverlauf ausge- führt ist.
Beispielsweise ergibt sich der zumindest angenäherte Evolventenverlauf an dem ers- ten Ende der Schaltklinke bei der vorgeschlagenen Anordnung, wenn sich der Radi- usmittelpunkt des Kontaktflächenverlaufs an dem ersten Ende der Schaltklinke auf einer Schenkellinie durch die Schwenkachse der Schaltklinke befindet, wobei sich die Schenkellinie in einem Winkel β von etwa 90° plus/minus 10° zu einer Verbindung von dem ersten Kontaktlinienbereich zur Schwenkachse der Schaltklinke befindet.
Vorzugsweise können bei der vorgeschlagenen Anordnung vorgesehen sein, dass der Kontaktflächenverlauf an der Außenverzahnung des Schaltrings etwa eine Ebene bildet und somit keinen Radius aufweist. Es ist jedoch auch möglich, dass der Kon- taktflächenverlauf an der Außenverzahnung des Schaltrings dem einer Evolvente oder zumindest einer angenäherten Evolvente entspricht.
Durch die vorgesehenen Ausgestaltungen der Kontaktflächenverläufe des ersten Kontaktlinienbereiches zwischen dem ersten Ende der Schaltklinke und der Außen- verzahnung des Schaltrings wird sichergestellt, dass der erste Kontaktlinienbereich dem Zahnkopf der Außenverzahnung zugeordnet ist. Dadurch wird quasi ein Zahn- kopfträger als Außenverzahnung an dem Schaltring realisiert.
Um auch einen zweiten Kontaktlinienbereich zwischen einem Kontaktflächenverlauf an dem zweiten Ende der Schaltklinke und einem Kontaktflächenverlauf an dem al- ternierend ansteigenden und abfallenden Verlauf der Schaltkulisse an der Schalt- walze zu optimieren, ist vorgesehen, dass der Kontaktflächenverlauf an der Schaltku- lisse entlang des ansteigenden oder abfallenden Verlaufes als zumindest angenäher- ter Evolventenverlauf ausgeführt ist. Demzufolge kann ein angenäherter oder tat- sächlicher Evolventenverlauf vorgesehen sein.
Beispielsweise ergibt sich dieser zum Beispiel angenäherter Evolventenverlauf an der Schaltwalze bei der vorgeschlagenen Anordnung, wenn sich der Radiusmittelpunkt des Kontaktflächenverlaufs an der Schaltkulisse auf einer Schen- kellinie durch die Schwenkachse der Schaltklinke befindet, wobei sich die Schenkelli- nie in einem Winkel μ von etwa 90° plus/minus 5° zu einer Mittelsenkrechten auf die Verbindung zwischen einer extremen innersten Kontaktlinie und einer extremen äu- ßersten Kontaktlinie des zweiten Kontaktlinienbereich an dem Kontaktflächenverlauf der Schaltkulisse befindet.
Um bei der vorgeschlagenen Anordnung die Lastschaltbarkeit dauerhaft zu gewähr- leisten, ist vorgesehen, dass die Schaltwalze und die Schaltklinke aus gehärtetem Stahl oder aus einer Aluminiumlegierung mit einer hartanodisierten Oberfläche aus- geführt sind. Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltklinke als Kipphebel oder auch als Schlepphebel ausgeführt ist. Kipphebel sind als zweisei- tige Hebel ausgeführt, während Schlepphebel als ein einseitiger Hebel ausgeführt sind.
Um die Schmierung und damit die Ölversorgung der Schaltwalze bei der vorgeschla- genen Anordnung zu optimieren, wird die Schaltwalze einem Ölsumpf des Getriebes zugeordnet. Auf diese Weise steht ausreichend Öl für die Schmierung der Schalt- walze zur Verfügung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung beansprucht ein Tretlagergetriebe mit zumindest einer vorbeschriebenen Anordnung zum Schalten von Schaltelementen, insbeson- dere von Bremsschaltelemente, sodass sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile ergeben.
Ein nächster Aspekt der Erfindung beansprucht ein Fahrrad oder Pedelec mit dem vorbeschriebenen Tretlagergetriebe, sodass sich die bereits beschriebenen und wei- tere Vorteile ergeben.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläu- tert.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische geschnittene Teilansicht einer möglichen Ausfüh- rungsvariante einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Betätigen eines Schaltele- ments eines Getriebes;
Figur 2 eine vergrößerte Detailansicht eines ersten Kontaktlinienbereiches zwi- schen einem Kontaktflächenverlauf an einem ersten Ende einer Schaltklinke und ei- nem Kontaktflächenverlauf an einer Außenverzahnung eines Schaltrings der Anord- nung;
Figur 3 eine Detailansicht der in der Außenverzahnung des Schaltrings einge- legten Schaltklinke gemäß Figur 1 ;
Figur 4 eine weitere Detailansicht der in der Außenverzahnung des Schaltrings eingelegten Schaltklinke gemäß Figur 1 ; und
Figur 5 eine vergrößerte Detailansicht eines zweiten Kontaktlinienbereiches zwischen einem Kontaktflächenverlauf an einem zweiten Ende der Schaltklinke und einem Kontaktflächenverlauf an einer Schaltkulisse einer die Schaltklinke betätigen- den Schaltwalze gemäß Figur 1.
In den Figuren 1 bis 5 ist eine mögliche Ausführungsvariante einer erfindungsgemä- ßen Anordnung zum Betätigen eines beispielsweise als Bremsschaltelement ausge- führten Schaltelements vorzugsweise anhand eines Tretlagergetriebes eines Fahrra- des oder Pedelecs 1 exemplarisch dargestellt.
Die Anordnung umfasst eine schwenkbar um eine Schwenkachse 2 gelagerte Schalt- klinke bzw. Bremsklinke 3 und einen einem Getriebeelement zugeordneten drehba- ren Schaltring bzw. Bremsring 4 mit einer Außenverzahnung 5, wobei ein erstes Ende 6 der Schaltklinke 3 der Außenverzahnung 5 des Schaltrings 4 zum Sperren oder Freigeben des Schaltrings 4 zum Schalten einer Übersetzungsstufe zugeordnet ist und wobei ein zweites Ende 7 der Schaltklinke 3 einer Schaltkulisse 8 mit einem alternierend ansteigenden und abfallenden Verlauf an einem Außenumfang einer eine Schaltklinke 3 betätigenden Schaltwalze 9 zugeordnet ist. Der ansteigende bzw. abfallende Verlauf wird durch einen rampenförmigen wiederkehrenden Berg-Talver- lauf an der Schaltwalze 9 als Schaltkulisse 7 realisiert.
Um eine Lastschaltbarkeit mit möglichst gleichmäßigem Schaltmomentverlauf mit der vorgeschlagenen Anordnung zu realisieren, ist ein erster Kontaktlinienbereich 10 zwi- schen einem Kontaktflächenverlauf 11 an dem ersten Ende 6 der Schaltklinke 3 und einem Kontaktflächenverlauf 12 an der Außenverzahnung 5 des Schaltrings 4 derart ausgeführt, dass ein zwischen einem ersten Schenkel als Verbindung 26 des ersten Kontaktlinienbereichs 10 mit der Schwenkachse 2 der Schaltklinke 3 und einem zwei- ten Schenkel als Kontaktflächenverlauf 11 an dem ersten Kontaktlinienbereich 10 ge- bildeter Kontakt-Eingriffswinkel φ der Schaltklinke 3 von etwa 94° plus/minus 3° vor- gesehen ist.
Mit dem vorgeschlagenen Kontakt-Eingriffswinkel φ, wie in Figur 1 dargestellt, wird die Lastschaltbarkeit insbesondere bei Rückschaltung aus einem höheren in einen niedrigeren Gang realisiert. Zudem sind die Reaktion- und Betätigungskräfte an der Schaltklinke durch den gewählten Kontakt-Eingriffswinkel φ verhältnismäßig gering. Zum anderen wird durch das gleichmäßige Betätigungsmoment über den Auslege- vorgang der Schaltklinke 3 das Momentniveau insgesamt auf einen Minimalwert re- duziert, da keine Momentspitzen während des Schaltverlaufes auftreten.
Aus Figur 1 ist ferner ersichtlich, dass sich bei dem gewählten Kontakt-Eingriffswinkel φ die Verbindung 26 des ersten Kontaktlinienbereiches 10 mit der Schwenkachse 2 Schaltklinke 3 um einen Winkel von 4° plus/minus 2° verschiebt, sodass sich durch weitere 90° der optimale Kontakt-Eingriffswinkel φ von 94° plus/-2° ergibt.
Gemäß Figur 2 ist der erste Kontaktlinienbereich 10 zwischen der Schaltklinke 3 und dem Schaltring 4 vorzugsweise so ausgeführt, dass sich ein Zahnkopfträger am Schaltring 4 ergibt. Die Toleranzen für die Neigung des Kontaktflächenverlaufs 11 an dem ersten Ende 6 der Schaltklinke 3 und des Kontaktflächenverlaufs 12 an der Au- ßenverzahnung 5 des Schaltrings 4 werden derart gewählt, dass sich nur im Extrem- fall ein Flächenkontakt zwischen dem Schaltring 4 und der Schaltklinke 3 ergibt (gleichzeitig Zahnkopfträger und Zahnfußträger) ansonsten aber ein Zahnkopfträger realisiert wird. Dadurch bleiben die Kontaktverhältnisse über den gesamten Auslege- vorgang konstant und es findet keine oder nur eine minimale Verschiebung der Kon- taktlinie an dem ersten Kontaktlinienbereich 10 statt.
Der Kontaktflächenverlauf 11 an dem ersten Ende 6 der Schaltklinke 3 wird vorzugs- weise als Evolventenverlauf oder zumindest als angenäherter Evolventenverlauf aus- geführt. Dadurch wird das benötigte Schaltmoment über den gesamten Auslegevor- gang konstant gehalten. Zumindest eine angenäherte Evolvente ergibt sich als Kon- taktflächenverlauf 11 , wenn sich der Radiusmittelpunkt 20 des Kontaktflächenver- laufs 11 an dem ersten Ende 6 der Schaltklinke 3 auf einer Schenkellinie 16 befindet, die im Winkel β von 90° plus/minus 10° zur Verbindung 17 von dem ersten Kontaktli- nienbereich 10 zwischen der Schaltklinke 3 und dem Schaltring 4 an dem Kontaktflä- chenverlauf 11 zur Schwenkachse 2 der Schaltklinke 3 befindet, wie dies in Figur 3 dargestellt ist.
Der Kontaktflächenverlauf 12 an der Außenverzahnung 5 des Schaltrings 4 wird vor- zugsweise als Ebene ausgeführt. Es ist jedoch denkbar, dass der Verlauf des Kon- taktflächenverlaufs 12 ebenfalls als Evolvente oder zumindest angenäherte Evol- vente ausgeführt wird.
In Figur 4 ist als erster Schenkel eine Verbindung 18 von einer Drehachse 27 des Schaltrings 4 zu dem ersten Kontaktlinienbereich 10 und als zweiter Schenkel eine Verbindung 19 von dem ersten Kontaktlinienbereich 10 zu der Schwenkachse 2 der Schaltklinke 3 dargestellt, wobei sich die Verbindung 19 ausgehend von dem ersten Schenkel von 90° plus Winkel α ergibt. Durch einen möglichst geringen Betrag des Winkels α werden möglichst niedrige Kontaktkräfte an dem ersten Kontaktlinienbe- reich 10 sichergestellt. Der Winkel α kann aber auch vergrößert werden, wodurch eine Erhöhung der Zähnezahl an der Außenverzahnung 5 des Schaltrings 4 möglich wird. Dadurch lässt sich der Leerhub am Pedal des Fahrrades oder Pedelecs 1 ver- ringern.
In Figur 5 ist der zweite Kontaktlinienbereich 13 zwischen dem zweiten Ende 7 der Schaltklinke 3 und der Schaltkulisse 8 an der Schaltwalze 9 detailliert dargestellt. Die Schaltkulisse 8 weist einen alternierend ansteigenden und abfallenden Verlauf an dem Außenumfang der Schaltwalze 9 auf. Dieser rampenförmige Verlauf wird durch die Übergänge von Tal zu Berg an der Schaltkulisse 8 realisiert. Die Auslegerampe bzw. der ansteigende Verlauf zum Auslegen der Schaltklinke 3 im Übergang von ei- nem Tal zu einem Berg an der Schaltkulisse 8 wird in beide Richtungen vorzugs- weise in angenäherter Evolventenform ausgeführt. Der Radiusmittelpunkt 21 des de- tailliert dargestellten Kontaktflächenverlaufs 15 an der Schaltkulisse 8 zum Auslegen der Schaltklinke 3 liegt dabei auf einer Schenkellinie 22, die durch die Schwenkachse 2 der Schaltklinke 3 verläuft und sich mit der Mittelsenkrechten 23 auf den zweiten Kontaktlinienbereich 13 zwischen den beiden extremen äußersten und innersten Kontaktlinien 24, 25 in einem Winkel μ von etwa 90° plus/minus 5° befindet.
Der Kontaktflächenverlauf 14 an dem zweiten Ende 7 der Schaltklinke 3 ist vorzugs- weise eine Kreisfläche. Es ist denkbar, dass der Kontaktflächenverlauf 14 an der Schaltklinke 3 ebenfalls einen Evolventenverlauf oder zumindest einen angenäherten Evolventenverlauf bildet.
Aufgrund der vorgesehenen Verläufe an dem ersten Kontaktlinienbereich 10 zwi- schen der Schaltklinke 3 und dem Schaltring 4 sowie an dem zweiten Kontaktlinien- bereich 13 zwischen der Schaltklinke 3 und der Schaltkulisse 8 wird in besonderer Weise eine Gleichmäßigkeit des Schaltmomentverlaufes über den Gangwechsel an der Schaltklinke 3 und der Schaltwalze 9 realisiert und somit das erforderliche Ver- drehmoment der Schaltwalze 9 während des Gangwechsels reduziert, der Schalt- komfort erhöht und gleichzeitig der Verschleiß an der Schaltklinke 3 und der Schalt- walze 9 verringert.
Die Schaltwalze 9 und die Schaltklinke 3 sind vorzugsweise aus einer oberflächlich hartanodisierten Aluminiumlegierung ausgeführt, um sowohl Gewicht zu reduzieren als auch die tribologischen Gleiteigenschaften zu optimieren. Bezugszeichen
1 Fahrrad oder Pedelec
2 Schwenkachse der Schaltklinke
3 Schaltklinke bzw. Bremsklinken
4 Schaltring bzw. Bremsring
5 Außenverzahnung
6 erstes Ende der Schaltklinke
7 zweites Ende der Schaltklinke
8 Schaltkulisse
9 Schaltwalze
10 erster Kontaktlinienbereich zwischen Schaltklinke und Schaltring
11 Kontaktflächenverlauf an dem ersten Ende der Schaltklinke
12 Kontaktflächenverlauf an der Außenverzahnung des Schaltrings
13 zweiter Kontaktlinienbereich zwischen Schaltklinke und Schaltkulisse
14 Kontaktflächenverlauf an dem zweiten Ende der Schaltklinke
15 Kontaktflächenverlauf an der Schaltkulisse
16 Schenkellinie durch die Drehachse der Schaltklinke
17 Verbindung von dem ersten Kontaktlinienbereich zur Schwenkachse der Schaltklinke
18 Verbindung von einer Drehachse des Schaltrings zu dem ersten Kontaktli- nienbereich
19 Verbindung zwischen dem erstem Kontaktlinienbereich und Schwenkachse
20 Radiusmittelpunkt des Kontaktflächenverlaufs am ersten Ende der Schalt- klinke
21 Radiusmittelpunkt des Kontaktflächenverlaufs an der Schaltkulisse
22 Schenkellinie durch die Schwenkachse der Schaltklinke
23 Mittelsenkrechte auf den zweiten Kontaktlinienbereich an dem Kontaktflä- chenverlauf der Schaltkulisse
24 extreme bzw. äußerste Kontaktlinie des zweiten Kontaktlinienbereichs
25 extreme bzw. innerste Kontaktlinie des zweiten Kontaktlinienbereichs
26 Verbindung des ersten Kontaktlinienbereichs mit der Drehachse der Schalt- klinke 27 Drehachse des Schaltrings α Winkel β Winkel φ Kontakt-Eingriffswinkel μ Winkel

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zum Betätigen eines Schaltelementes eines Getriebes mit einer schwenkbar um eine Schwenkachse (2) gelagerten Schaltklinke (3) und mit einem einem Getriebeelement zugeordneten drehbaren Schaltring (4) mit einer Außenver- zahnung (5), wobei ein erstes Ende (6) der Schaltklinke (3) der Außenverzahnung (5) des Schaltrings (4) zum Sperren oder Freigeben des Schaltrings (4) zum Schalten einer Übersetzungsstufe zugeordnet ist und wobei ein zweites Ende (7) der Schalt- klinke (3) einer Schaltkulisse (8) mit einem alternierend ansteigenden und abfallen- den Verlauf an einem Außenumfang einer die Schaltklinke (3) betätigenden Schalt- walze (9) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Kontaktlinienbe- reich (10) zwischen einem Kontaktflächenverlauf (11) an dem ersten Ende der Schaltklinke (3) und einem Kontaktflächenverlauf (12) an der Außenverzahnung (5) des Schaltrings (4) derart ausgeführt ist, dass ein zwischen einem ersten Schenkel als Verbindung (26) des ersten Kontaktlinienbereichs (10) mit der Schwenkachse (2) der Schaltklinke (3) und einem zweiten Schenkel als Tangente an den Kontaktflä- chenverlauf (11) im ersten Kontaktlinienbereich (10) gebildeter Kontakt-Eingriffswin- kel (φ ) der Schaltklinke (3) von etwa 94° plus/minus 3° vorgesehen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktflächen- verlauf (11) an dem ersten Ende (6) der Schaltklinke (3) als angenäherter Evolven- tenverlauf ausgeführt ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der zumindest angenäherte Evolventenverlauf ergibt, wenn sich der Radiusmittelpunkt (20) des Kontaktflächenverlaufs (11 ) an dem ersten Ende (6) der Schaltklinke (3) auf einer Schenkellinie (16) durch die Schwenkachse (2) der Schaltklinke (3) befindet, wobei sich die Schenkellinie (16) in einem Winkel (β) von etwa 90° plus/minus 10° zu einer Verbindung (17) von dem ersten Kontaktlinienbereich (10) zur Schwenkachse (2) der Schaltklinke (2) befindet.
4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktflächenverlauf (12) an der Außenverzahnung (5) des Schaltrings (4) etwa eine Ebene bildet.
5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktflächenverlauf (12) an der Außenverzahnung (5) des Schaltrings (4) dem einer Evolvente oder angenäherten Evolvente entspricht.
6. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kontaktlinienbereich (10) dem Zahnkopf der Außenverzahnung (5) zu- geordnet ist.
7. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltklinke (3) als Kipphebel oder als Schlepphebel ausgeführt ist.
8. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Kontaktlinienbereich (13) zwischen einem Kontaktflächenverlauf
(14) an dem zweiten Ende (7) der Schaltklinke (3) und einem Kontaktflächenverlauf
(15) an der Schaltkulisse (8) vorgesehen ist, wobei der Kontaktflächenverlauf (15) an der Schaltkulisse (8) entlang des ansteigenden oder abfallenden Verlaufes zumin- dest als angenäherter Evolventenverlauf ausgeführt ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der angenäherte Evolventenverlauf an dem Kontaktflächenverlauf (15) an der Schaltkulisse (8) ergibt, wenn sich der Radiusmittelpunkt (21 ) des Kontaktflächenverlaufs (15) an der Schalt- kulisse (8) auf einer Schenkellinie (22) durch die Schwenkachse (2) der Schaltklinke (3) befindet, wobei sich die Schenkellinie (22) in einem Winkel (μ) von etwa 90° plus/minus 5° zu einer Mittelsenkrechten (23) auf die Verbindung zwischen einer in- nersten Kontaktlinie (25) und einer äußersten Kontaktlinie (24) des zweiten Kontaktli- nienbereiches (13) an dem Kontaktflächenverlauf (15) der Schaltkulisse (8) befindet.
10. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt- flächenverlauf (14) an dem zweiten Ende (7) der Schaltklinke (3) einen kreisförmigen Radiusverlauf bildet.
11. Anordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt- flächenverlauf (14) an dem zweiten Ende (7) der Schaltklinke (3) dem Verlauf einer Evolvente oder angenäherten Evolvente entspricht.
12. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwalze (3) und die Schaltklinke (4) aus gehärtetem Stahl oder aus ei- ner Aluminiumlegierung mit einer hartanodisierten Oberfläche ausgeführt sind.
13. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltwalze (3) einem Ölsumpf des Getriebes zugeordnet ist.
14. Tretlagergetriebe mit zumindest einer Anordnung nach einem der vorangehen- den Ansprüche.
15. Fahrrad oder Pedelec (1) mit einem Tretlagergetriebe nach Anspruch 11.
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