EP4555231A1 - Planeten-schaltgetriebe - Google Patents

Planeten-schaltgetriebe

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EP4555231A1
EP4555231A1 EP23741631.8A EP23741631A EP4555231A1 EP 4555231 A1 EP4555231 A1 EP 4555231A1 EP 23741631 A EP23741631 A EP 23741631A EP 4555231 A1 EP4555231 A1 EP 4555231A1
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EP
European Patent Office
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gearbox
gear
planetary
clutches
output
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP23741631.8A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wilfried Donner
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Original Assignee
Individual
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16H2200/2097—Transmissions using gears with orbital motion comprising an orbital gear set member permanently connected to the housing, e.g. a sun wheel permanently connected to the housing

Definitions

  • the invention relates to a planetary gearbox, which is mounted on a central axis, has a drive-side hollow shaft and an output-side hub sleeve, between which a planetary gear is arranged coaxially, which consists of a sun gear and planet gears connected to one another via a planet carrier, as well as a ring gear, and each can be switched to either a block circulation or a step-up or step-down mode by means of clutches with alternating switching of the input and output.
  • the planetary gearbox is intended in particular for single- or multi-track, pedal-driven vehicles, being mounted on a central axle and having a hollow shaft on the drive side and a hub sleeve on the output side, between which a multi-stage gearbox is arranged.
  • Such a transmission is known as a partial transmission of a nine-speed transmission from WO 2019 192 634 A1, as shown in Fig. 3.
  • the second gear is a planetary gear with a gear ratio of 91% consisting of a ring gear, a multiple planet with different numbers of teeth and a sun gear, which meshes with the smaller of the two planets.
  • the sun gear is activated using a bidirectional clutch turned set and released.
  • a bidirectional clutch is provided because the reaction torque is reversed when changing input and output.
  • the translation into slow speed is achieved by driving the ring gear and the output takes place via the web.
  • Direct gear is achieved, for example, by closing the two ring gear clutches, which are connected to their side walls in a rotationally and axially fixed manner.
  • the sun gear is released by opening the sun gear clutch.
  • the translation into high speed is achieved by driving the web and the output via the ring gear.
  • Three axial clutches are used to shift the first gearbox and five
  • a drive train is known from WO 2019 086 064 A1, the first gearbox of which is a bottom bracket gearbox and the second gearbox of which is the downstream gearbox, which provides three gears and is housed in the rear wheel hub.
  • this second gearbox, the downstream gearbox consists of two identical planetary gearboxes arranged mirrored to one another, each consisting of a ring gear, a sun gear and two-stage planets, which are coupled via webs connected in a rotationally fixed manner.
  • a further object of the present invention is to disclose advantageous arrangements of the novel transmission with different primary transmissions.
  • the solution according to independent claim 1 is that the planetary gear with permanent axis fixation of its single sun gear with only four of the clutches, which are arranged symmetrically to this sun gear, when they alternately switch the input and output either into a slow or a fast one or a direct mode is switched.
  • the four clutches of the second gear with their control means and the two associated driver and driver sleeves are designed symmetrically to the planetary gear and are therefore inexpensive to manufacture as repeat parts.
  • the symmetry is also present for the compression springs of the couplings.
  • the two springs of the planet carrier clutches are advantageously supported on the sun gear fixed to the axle, since the movable part of the web clutches K60 and K80 are now located in the web.
  • Another advantage is that the springs are now designed independently of each other, meaning that only the clutch stroke of one clutch, rather than the two clutches, has to be carried out by the springs.
  • FIGS. 1 and 2 the reference numbers of the components being used analogously to their function according to those in FIG. 3, which is taken from the prior art WO 2019 192 634 A1.
  • a hub gear shown in Figure 1 comprises a hub sleeve 1, which is mounted by means of a roller bearing on a driver 4a and another on an axis 6a.
  • a drive pinion 2 for a belt or chain drive, which is non-rotatably but detachably connected to it.
  • Another roller bearing supports the driver 4a on the axis 6a.
  • the driver 4a is alternately connected to a ring gear HR or a planet carrier 8 by clutches K50 and K60.
  • Output-side couplings K80, K90 alternately connect a web 8 or the ring gear HR with a driver sleeve 4d and thereby with the hub sleeve 1.
  • Fig. 2 shows the arrangement of the new planetary gear NSG with an input or primary gear EG in the same hub. It includes a hub sleeve 1, which is mounted by means of a rolling bearing on the driver 4a and another rolling bearing on the axis 6a. On the driver 4a there is a drive pinion 2 for a belt or chain drive, which is connected to it in a rotationally fixed but detachable manner.
  • the driver 4a is connected to the web of a three-stage input transmission EG, which is to be controlled by three clutches K20, K30, K40.
  • the output-side ring gear HR is connected to a drive sleeve 4b, which controls a three-stage downstream transmission NSG via two clutches K50, K60.
  • these are directly or indirectly connected to one of the couplings K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90, and on the other hand, they engage through axially leading elongated holes in the axis 6a in the grooves 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 a.
  • the grooves 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 are designed so that the intended movements of the shift fingers for shifting the clutches K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90 for adjusting the individual gears are then carried out , when the shift drum 6b is rotated into one of the nine gear positions by selected shift fingers opening the associated clutches K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90 against a closing force, in particular a spring.
  • the newly designed downstream transmission NSG includes a drive sleeve 4b with internal and external teeth and two or three elongated holes 4c offset by 180° or 120° for each clutch K50, K60, K80, K90.
  • An abortion sleeve 4d has a similar structure with teeth and elongated holes.
  • Table 2 shows a configuration for WO 2019 086 064 A1, also for a nine-speed drive train, with the input gear shifted to the bottom bracket.
  • Table 3 shows a further configuration for WO 2019 086 064 A1 for a twelve-speed drive train, whereby the four-speed bottom bracket gearbox only translates into high speed.
  • Table 4 shows a further configuration for WO 2019 086 064 A1 for a fifteen-speed drive train, whereby the five-speed bottom bracket transmission only translates into slow speed in one gear with only about 13.7% and thus only insignificantly increases the tensile forces on the traction device compared to the direct gear elevated.
  • the nine-speed hub gear is preferably switched exclusively with axial clutches.
  • a clutch is formed by two opposing disks which are to be actuated by means of the intermediate links described and have axially acting locking teeth which act in one direction and are applied to a circular ring perpendicular to the axis of rotation.
  • a clutch that triggers a block rotation is called a "block lock”, which prevents the sun gear from rotating when driven by the planet carrier, is called a “track lock” and which prevents a sun gear from running back when driven by the ring gear, called a “backstop”.
  • Co-rotation then means the same direction of rotation as the driving belt or chain wheel. If torque is to be transmitted with the same direction of rotation, the term “driver” is used.
  • the clutches K50, K60, K80, K90 are drivers, the clutches K30 and K40 are backstops and the clutch K20 is a block lock.
  • the coupling parts are numbered in increments of ten, each starting with 20, in the order in which they follow one another on axis 6a from the drive side.
  • the input gear EG corresponds to that in FIG. 3, which is part of the prior art.
  • the clutch K20 switches the block circulation of the input gear EG by connecting or releasing the sun gear with the driver 4a and thus the planet carrier in a rotationally fixed manner.
  • the clutch K20 shifts gears 1, 4, 7.
  • the block lock engages with the counterpart, which is firmly connected to the sun, and prevents the sun gear from overtaking the planet carrier.
  • the other components are a closing spring, which is supported in the driver, and a sliding ring with a switching finger which is controlled by the associated groove 24.
  • the clutch K30 is a tracking lock and switches the second gear of the input gear EG by fixing the smaller sun gear to the axle.
  • the K30 clutch shifts gears 2, 5 and 8 of the overall transmission.
  • the K40 clutch is a tracking lock and switches the third gear of the input gear EG by fixing the larger sun gear to the axle. It shifts gears 3, 6 and 9 of the overall transmission.
  • the sun gear is designed as a ring with internal teeth in which the coupling part designed as a follower lock is guided in a rotationally fixed but axially displaceable manner.
  • the counterpart has internal teeth that connect it to the axis 6a in a rotationally fixed manner. Retaining rings prevent axial movement.
  • a sliding ring with a switching finger is controlled by the groove 44.
  • the closing spring is supported on a locking ring embedded in the axis 6a.
  • the clutches K50 and K90 are closed, with the drive being continuously connected to the driver sleeve 4d.
  • the transmission runs at idle.
  • the couplings K60 and K90 are closed.
  • the drive is connected to the planet carrier 8 and is output from the planet gear PR to the hub sleeve 1 via the ring gear HR with the driver sleeve 4d.
  • the translation is 0.523 to fast.
  • FIGS. 4 and 5 Further exemplary embodiments are shown in FIGS. 4 and 5. The same components have the same reference numbers.
  • the downstream transmission NSG shown in FIGS. 4 and 5 has the following changes and differences.
  • two sliding rings are omitted, two shift fingers are omitted and two grooves in the shift drum are omitted.
  • Two grooves can be omitted because the couplings of the coupling pairs K50/K60 and K80/K90 move synchronously. For example, when clutch K50 opens, clutch K60 closes and vice versa. This results in parallel pairs of control grooves.
  • a link here is understood to be an annular component which has an annular contact surface on the inside and a circumferential groove or holes on the outside into which the switching fingers of the movable part of the outer clutches such as K50 or K90 engage.
  • seven clutches can be provided for a nine-speed hub, with only five sliding rings being required as actuators.

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Abstract

Planeten-Schaltgetriebe auf einer zentralen Achse (6a) montiert mit einer antriebsseitigen Hohlwelle (4a) und einer abtriebsseitigen Nabenhülse (1) mit einem koaxial dazwischen angeordneten Planetengetriebe NSG, welches ein Sonnenrad und über einen zugehörigen Planetenträger miteinander verbundene Planetenräder sowie ein Hohlrad umfasst, welches jeweils in mittels Kupplungen bei wechselseitiger Umschaltung des An- und Abtriebes entweder in einen Blockumlauf oder einen Über- oder Untersetzungsmodus schaltbar ist, wobei das Planetengetriebe NSG bei permanenter Achsfestlegung seines Sonnenrades (SR) mit nur vier Kupplungen (K50, K60, K80, K90) bei der wechselseitigen Umschaltung des An- und Abtriebes jeweils entweder in einen langsamen, einen schnellen oder einen direkten Modus geschaltet ist.

Description

Planeten-Schaltgetriebe
Die Erfindung betrifft ein Planeten-Schaltgetriebe, das auf einer zentralen Achse montiert, eine antriebsseitige Hohlwelle und eine abtriebsseitige Nabenhülse aufweist, zwischen denen koaxial ein Planetengetriebe angeordnet ist, das aus einem Sonnenrad und über einen Planetenträger miteinander verbundene Planetenräder sowie einem Hohlrad besteht, und jeweils mittels Kupplungen bei wechselseitiger Umschaltung des An- und Abtriebes entweder in einen Blockumlauf oder einen Über- oder Untersetzungsmodus schaltbar ist.
Das Planeten-Schaltgetriebe ist insbesondere für ein- oder mehrspurige, pedalgetriebene Fahrzeuge vorgesehen, wobei es auf einer zentralen Achse montiert ist und eine antriebsseitige Hohlwelle sowie eine abtriebsseitige Nabenhülse aufweist, zwischen denen ein mehrstufige Getriebe angeordnet ist.
Ein derartiges Getriebe ist als ein Teilgetriebe eines Neunganggetriebes aus der WO 2019 192 634 A1 bekannt, wie in Fig. 3 gezeigt. Ein erstes dabei links in der Figur 3 gezeigtes Getriebe besteht aus einem Steg mit Zweifachstufenplaneten und einem Hohlrad mit einer Seitenwand und zwei Sonnenrädern, die mit den korrespondierenden Planeten kämmen. Sein Steg wird von einem Antreiber, auf dem ein Ritzel drehfest befestigt ist, angetrieben. Der Abtrieb des ersten Getriebes erfolgt über das Hohlrad. Wird das Getriebe im Blockumlauf betrieben, so erhält man den direkten Gang mit i_1 = 1 . Die Übersetzung mit i_2 = 1/1 ,24 = 0,8065 erhält man, wenn das kleinere der beiden Sonnenräder achsfest gesetzt ist. Die Übersetzung mit i_3 = 1/1 ,537 = 0,65 erhält man, wenn das größere der beiden Sonnenräder festgesetzt ist. Somit übersetzt das Getriebe ins Schnelle. Das zweite Getriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Gangsprung von 91 % bestehend aus einem Hohlrad, einem Mehrfachplaneten mit unterschiedlichen Zähnezahlen und einem Sonnenrad, welches mit dem kleineren der beiden Planeten im Eingriff steht. Das Sonnenrad wird mittels einer bidirektionalen Kupplung drehtest gesetzt und freigegeben. Eine bidirektionale Kupplung ist vorgesehen, da beim Wechsel von An- und Abtrieb sich das Reaktionsmoment umkehrt. Die Übersetzung ins Langsame wird realisiert, indem das Hohlrad angetrieben wird und der Abtrieb über den Steg erfolgt. Der Direktgang wird beispielsweise über das Schließen der beiden Hohlradkupplungen realisiert, welche mit ihren Seitenwänden dreh- und axialfest verbunden sind. Dabei wird das Sonnenrad durch Öffnen der Sonnenradkupplung freigegeben. Die Übersetzung ins Schnelle wird realisiert, indem der Steg angetrieben wird und der Abtrieb über das Hohlrad erfolgt. Zum Schalten des ersten Getriebes dienen drei Axialkupplungen und des zweiten Teilgetriebes fünf Axialkupplungen.
Nachteilig an dieser Ausführung im Neunganggetriebe ist, dass die Steuerung dieser Getriebestufe nicht symmetrisch ausgeführt ist, was sehr viele verschiedene, teils komplizierte, Bauteile erforderlich macht. Die in zwei Richtungen wirkende Sonnenradkupplung beansprucht einen relativ großen axialen Bauraum. Die Anfederungen der Kupplungen sind aus Platzgründen nicht unabhängig von benachbarten Kupplungen ausführbar, was bedeutet, dass die Federn das Doppelte des Schalthubes einer Kupplung ausführen müssen, was zu relativ großen Kraftänderungen führt. Die Schließkräfte sind genau dann am kleinsten, wenn die Kupplungen geschlossen gehalten werden sollen.
Weiterhin ist aus der WO 2019 086 064 A1 ein Antriebsstrang bekannt, dessen erstes Getriebe ein Tretlagerschaltgetriebe ist und dessen zweites Getriebe das Nachschaltgetriebe ist, das drei Gänge bereitstellt und in der Hinterradnabe untergebracht ist. Dieses zweite Getriebe, das Nachschaltgetriebe, besteht gemäß der dortigen Tabelle 1 aus zwei gleichen zueinander gespiegelt angeordneten Planetengetrieben, bestehend aus jeweils einem Hohlrad, einem Sonnenrad und Zweifachstufenplaneten, die über drehfest verbundene Stege gekoppelt sind. Das erste Teilgetriebe dieses Nachschaltgetriebes ist ein Untersetzungsgetriebe mit ca. i_4 = 1 ,24 hoch 3 = 1 ,91 und das zweite Teilgetriebe ist ein Untersetzungsgetriebe mit i_6 = 1 /i_4 = 0,5245. Der direkte Gang mit i_5 = 1 stellt sich ein, wenn beide Teilgetriebe als Block umlaufen.
Nachteilig an dieser Ausführung eines Antriebsstranges ist, dass zwei identische Getriebe im Hinterradnabengetriebe verwendet werden, was mit der doppelten Anzahl von Getriebeteilen mit entsprechend hohen Kosten und einer im Fahrradbereich problematisch großen Masse einhergeht.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend bezeichneten Getriebe bei annähernd gleicher Schaltstufung wesentlich zu vereinfachen und entsprechend Gewicht, Kosten und Baubreite einzusparen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, vorteilhafte Anordnungen des neuartigen Getriebes mit verschiedenen Vorschaltgetrieben zu offenbaren.
Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Lösung finden sich in den jeweils abhängigen Ansprüchen.
Die Lösung besteht gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 darin, dass das Planetengetriebe bei permanenter Achsfestlegung seines einzigen Sonnenrades mit nur vier der Kupplungen, die symmetrisch zu diesem Sonnenrad angeordnet sind, bei ihrer wechselseitigen Umschaltung des An- und Abtriebes jeweils entweder in einen langsamen, einen schnellen oder einen direkten Modus geschaltet ist.
Durch diese jeweils geschaltete Umkehr des Planetengetriebes entfällt vergleichsweise zur Version im Stand der Technik ein zweites Sonnenrad samt zugehörigem Steg, Planetenrädern mit deren Achsen und Lagern und ein Hohlrad, dessen Ansteuerung und somit auch eine Abstützung deren Kupplungsfeder an einer weiteren Kupplungsfeder einer Planetenträger- Kupplung. Betrachtet man vergleichsweise die Ausführung der vorbekannten Neunganganordnung gemäß Figur 3, mit derjenigen nach Figur 2, die das Getriebe nach Figur 1 umfasst, so werden die neun Gänge neuerlich insgesamt mit nur sieben Kupplungen geschaltet, indem an dem einzigen achsfesten Sonnenrad des neuartigen Getriebes jegliche Kupplung mit ihren Ansteuermitteln, nämlich einer Kupplungsscheibe mit Steuerfingern, einer Kupplungsscheibe mit außen liegender Steckverzahnung, die axial beweglich und drehfest im Sonnenrad angeordnet wäre und eine zugehörige Steuernut in einem Steuerzylinder sowie eine Andrückfeder entfallen. Die vier Kupplungen des zweiten Getriebes mit ihren Ansteuermitteln und die zwei zugehörigen An- und Abtreiberhülsen sind symmetrisch zum Planetengetriebe ausgebildet und sind deshalb als Wiederholteile günstig zu fertigen. Die Symmetrie ist auch für die Druckfedern der Kupplungen gegeben. Vorteilhaft sind die beiden Federn der Planetenträger-Kupplungen am achsfesten Sonnenrad abgestützt, da nunmehr der bewegliche Teil der Stegkupplungen K60 und K80 sich im Steg befinden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nunmehr die Anfederungen unabhängig voneinander ausgeführt sind, d.h. , dass nur noch der Kupplungshub einer, satt deren zweier Kupplungen von den Federn ausgeführt werden muss.
Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben, wobei die Bezugszeichen der Bauteile analog zu deren Funktion gemäß derjenigen in Fig. 3, die aus dem Stand der Technik WO 2019 192 634 A1 entnommen ist, verwendet werden.
Ein in der Figur 1 dargestelltes Nabengetriebe umfasst eine Nabenhülse 1 , die mittels eines Wälzlagers auf einem Antreiber 4a und einem weiteren auf einer Achse 6a gelagert ist. Auf dem Antreiber 4a befindet sich, drehfest aber lösbar mit diesem verbunden, ein Antriebsritzel 2 für einen Riemen- oder Kettenantrieb. Ein weiteres Wälzlager lagert den Antreiber 4a auf der Achse 6a. Der Antreiber 4a ist durch Kupplungen K50 und K60 wechselweise mit einem Hohlrad HR oder einem Planetenträger 8 verbunden. Abtriebsseitige Kupplungen K80, K90 verbinden wechselseitig einen Steg 8 bzw. das Hohlrad HR mit einer Abtreiberhülse 4d und dadurch mit der Nabenhülse 1.
Fig. 2 zeigt die Anordnung des neuartigen Planetengetriebes NSG mit einem Eingangs- oder Vorschaltgetriebe EG in der gleichen Nabe. Sie umfasst eine Nabenhülse 1 , die mittels eines Wälzlagers auf dem Antreiber 4a und einem weiteren Wälzlager auf der Achse 6a gelagert ist. Auf dem Antreiber 4a befindet sich drehfest aber lösbar mit diesem verbunden ein Antriebsritzel 2 für einen Riemen- oder Kettentrieb.
Der Antreiber 4a ist mit dem Steg eines dreistufigen Eingangsgetriebes EG, das durch drei Kupplungen K20, K30, K40 zu steuern ist, verbunden. Das abtriebsseitige Hohlrad HR ist mit einer Antreiberhülse 4b verbunden, die über zwei Kupplungen K50, K60 ein dreistufiges Nachschaltgetriebe NSG ansteuert. Innerhalb der Achse 6a befindet sich eine Schalttrommel 6b, auf der sich Nuten 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 befinden, in die Schaltfinger eingreifen. Diese sind einerseits jeweils mit einer der Kupplungen K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90 direkt oder indirekt verbunden, und andererseits greifen sie die durch axiale führende Langlöcher in der Achse 6a in die Nuten 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 ein. Die Nuten 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 sind so ausgebildet, dass die vorgesehenen Bewegungen der Schaltfinger zur Schaltung der Kupplungen K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90 zur Einstellung der einzelnen Gänge dann ausgeführt werden, wenn die Schalttrommel 6b jeweils in eine der neun Gangstellungen gedreht ist, indem jeweils ausgewählte Schaltfinger die zugehörigen Kupplungen K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90 entgegen einer Schließkraft, insbesondere einer Feder öffnen.
Es sind jeweils zwei vollständige Steuerungsstrukturen aus den Nuten 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 auf jeweils 180° des Umfangs der Schalttrommel eingebracht, so dass jeweils zwei gegenüberliegende Schaltfinger die Kupplungsscheiben parallel ansteuern, wodurch eine Schalthemmung durch ein Kippen derselben vermieden wird. Das neuartig ausgebildete Nachschaltgetriebe NSG umfasst eine Antreiberhülse 4b mit einer Innen- und Außenverzahnung und für jede Kupplung K50, K60, K80, K90 zwei oder drei um 180° bzw. 120° versetzte Langlöcher 4c. Eine Abtreiberhülse 4d weist eine ähnliche Struktur mit Verzahnungen und Langlöchern auf.
Die folgenden Tabellen zeigen Anwendungsbeispiele für das neuartig ausgebildete Nachschaltgetriebe. Die Tabellen 2, 3 und 4 verdeutlichen, dass Tretlagergetriebe oder Vorschaltgetriebe mit verschiedenen Gangzahlen und Gangsprüngen mit demselben Nachschaltgetriebe kombiniert werden können. Beim Tretlagergetriebe besteht die Möglichkeit einer Einspeisung bzw. Einkoppelung eines Motorantriebes.
In der folgenden Tabelle 1 sind die Zähnezahlen der Getrieberäder HR, PR, SR, die zugehörigen Übersetzungsverhältnisse i und die Gangsprünge s sowie die in den Gängen Gn, n = 1 ...9, geschalteten Kupplungen K20, ... K90 für ein Neunganggetriebe angegeben.
In Tabelle 2 ist eine Konfiguration zur WO 2019 086 064 A1 ebenfalls für ein Neungang-Antriebsstrang angegeben, wobei das Eingangsgetriebe zum Tretlager verschoben ist.
In Tabelle 3 ist eine weitere Konfiguration zur WO 2019 086 064 A1 für einen Zwölfgang-Antriebsstrang angegeben, wobei das Viergangtretlagergetriebe nur ins Schnelle übersetzt.
In Tabelle 4 ist eine weitere Konfiguration zur WO 2019 086 064 A1 für einen Fünfzehngang-Antriebsstrang angegeben, wobei das Fünfgang- Tretlagergetriebe nur in einem Gang mit lediglich etwa 13.7% ins Langsame übersetzt und damit nur unwesentlich die Zugkräfte auf dem Zugmittel gegenüber dem direkten Gang erhöht.
In den Figuren sind die folgenden Symbole zur Veranschaulichung benutzt. Symbolliste:
Das Neungangnabengetriebe wird vorzugsweise ausschließlich mit Axialkupplungen geschaltet. Eine Kupplung wird von zwei sich gegenüberliegenden mittels der beschriebenen Zwischenglieder zu betätigenden Scheiben mit in einer Richtung wirkenden, auf einem Kreisring senkrecht zur Rotationsachse aufgebrachten, axial wirkenden, Sperrverzahnungen gebildet. Im Folgenden wird eine Kupplung, welche einen Blockumlauf auslöst, „Blocksperre“ genannt, welche den Mitlauf des Sonnenrades bei einem Antrieb durch den Planetenträger verhindert, „Mitlaufsperre“ genannt und welche den Rücklauf eines Sonnenrades beim Antrieb durch das Hohlrad verhindert, „Rücklaufsperre“ genannt. Mitlauf bedeutet dann gleicher Drehsinn wie das antreibende Riemenoder Kettenrad. Soll mit gleichem Drehsinn Drehmoment übertragen werden, wird der Begriff „Mitnehmer“ benutzt. Danach sind die Kupplungen K50, K60, K80, K90 Mitnehmer, die Kupplungen K30 und K40 Rücklaufsperren und die Kupplung K20 eine Blocksperre. Die Kupplungsteile sind in der Reihenfolge, in der sie auf der Achse 6a von der Antriebsseite aus aufeinander folgen, in Zehnerschritten, jeweils beginnend mit 20 durchnummeriert. Das Eingangsgetriebe EG entspricht dem in der Fig. 3, die zum Stand der Technik gehört.
Die Kupplung K20 schaltet den Blockumlauf des Eingangsgetriebes EG, indem das Sonnenrad mit dem Antreiber 4a und damit dem Planetenträger drehfest verbunden oder wieder gelöst wird.
Die Kupplung K20 schaltet die Gänge 1 , 4, 7. Die Blocksperre greift in das mit der Sonne fest verbundene Gegenstück und hindert das Sonnenrad am Überholen des Planetenträgers. Die weiteren Bestandteile sind eine Schließfeder, die sich im Antreiber abstützt, sowie ein Schiebering mit einem Schaltfinger der von der zugehörigen Nut 24 gesteuert wird.
Die Kupplung K30 ist eine Mitlaufsperre und schaltet den zweiten Gang des Eingangsgetriebes EG, indem das kleinere Sonnenrad achsfest gesetzt wird. Die Kupplung K30 schaltet die Gänge 2, 5, 8 des Gesamtgetriebes.
Die Kupplung K40 ist eine Mitlaufsperre und schaltet den dritten Gang des Eingangsgetriebes EG, indem das größere Sonnenrad achsfest gesetzt wird. Sie schaltet die Gänge 3, 6, 9 des Gesamtgetriebes. Das Sonnenrad ist als Ring mit einer Innenverzahnung ausgebildet, in der das als Mitlaufsperre ausgebildete Kupplungsteil drehfest aber axial verschiebbar geführt ist. Das Gegenstück weist eine Innenverzahnung auf, die dieses drehfest mit der Achse 6a verbindet. Sicherungsringe verhindern eine axiale Bewegung. Ein Schiebering mit einem Schaltfinger wird von der Nut 44 gesteuert. Die Schließfeder stützt sich an einem in die Achse 6a eingelassenen Sicherungsring ab.
Im neuartigen Nachschaltgetriebe NSG treten drei Schaltkombinationen auf: Die Kupplungen K50 und K80 sind geschlossen; das Hohlrad HR wird angetrieben, das Sonnenrad SR ist festgesetzt und der Planetenträger 8 ist über die Kupplung K80 mit der Abtreiberhülse 4d ausgangsseitig verbunden. Es ergibt sich eine Übersetzung von 1 ,912 ins Langsame.
Die Kupplungen K50 und K90 sind geschlossen, wobei der Antrieb durchgehend mit der Abtreiberhülse 4d verbunden ist. Das Getriebe läuft im Leerlauf mit.
Die Kupplungen K60 und K90 sind geschlossen. Der Antrieb ist auf den Planetenträger 8 geschaltet und wird vom Planetenrad PR untersetzend über das Hohlrad HR mit der Abtreiberhülse 4d an die Nabenhülse 1 ausgegeben. Die Übersetzung beträgt 0,523 ins Schnelle.
Im vierten Gang findet keine verlustbehaftete Wälzreibung der Getrieberäder unter Last statt, und in den Gängen 1 , 5 und 7 ist jeweils nur ein Rädersatz kämmend. Das Getriebe arbeitet also mit hohem Wirkungsgrad. Außerdem ist es schmaler und leichter als das in Fig. 2 gezeigte vorbeschriebene, und es ist material- und kostensparender herzustellen, dank der Einsparung einer Kupplungsbaugruppe am Sonnenrad SR.
Weitere Ausführungsbeispiele sind in der Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt. Gleiche Bauteile weisen gleiche Bezugszeichen auf. Das in den Fig. 4 und 5 dargestellte Nachschaltgetriebe NSG weist im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1 folgende Änderungen und Unterschiede auf. In den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 und 5 entfallen zwei Schieberinge, entfallen zwei Schaltfinger und entfallen zwei Nuten in der Schalttrommel. Zwei Nuten können entfallen, da sich die Kupplungen der Kupplungspaare K50/K60 und K80/K90 synchron bewegen. Wenn beispielsweise die Kupplung K50 öffnet, schließt die Kupplung K60 und umgekehrt. Damit ergeben sich parallele Steuernutenpaare. Demzufolge kann die Bewegung der Kupplungspaare K50/K60 bzw. K80/K90 über jeweils einen Schiebering durch eine Steuernut erfolgen. Somit werden die vier Kupplungen des Nachschaltgetriebes mittels lediglich zwei Schieberingen gesteuert, welche jeweils durch zwei Schaltfinger geführt werden, welche in die jeweils zugeordnete Steuernut eingreifen.
Dadurch kann vorteilhafterweise ein erweiterter axialer Bauraum bereitgestellt werden. Durch diese Ausgestaltung können die Anfederungen der Kupplungen K60 und K80 nach innen, achsnah direkt gegen die Schieberinge ausgebildet sein. Reibkräfte, die gegen den Bund der Kulisse 53, 93 auftreten, sind durch die Ausgestaltung der Schieberinge 64a, 84a mit Hilfe der Stützringe 56, 96 eliminierbar bzw. beseitigbar.
Die schieberingseitigen Stützringe 56, 96, die sich an den Schieberingen 64a, 84a abstützen, bilden zusammen mit den am Außendurchmesser abgesetzten Schieberingen eine Nut, welche die freie Rotation der Kulisse 53, 93, welche mit dem innenliegenden Bund in diese Nut eingreift, ermöglicht.
Unter einer Kulisse wird hier ein ringförmiges Bauteil verstanden, welches im Inneren eine ringförmige Anlauffläche aufweist und außen eine umlaufende Nut oder Bohrungen, in die die Schaltfinger des beweglichen Teils der äußeren Kupplungen wie K50 oder K90 eingreifen.
Beispielsweise können bei der Verwendung von vier Kupplungen nur zwei Schieberinge als Aktuatoren benötigt werden.
In einem Ausführungsbeispiel können bei einer Neungangnabe sieben Kupplungen vorgesehen sein, wobei nur fünf Schieberinge als Aktuatoren benötigt werden.
In der eingangs beschriebenen vorbekannten Patentanmeldung WO 2019 192 634 A1 sind ebenso wie in den dort gewürdigten Dokumenten über weitere bekannte Nabengetriebe mit verschiedenen Kupplungen keines mit nur sieben Kupplungen dargestellt worden. Die Einsparung führte zudem zu Vereinfachungen und weiterer Einsparungen durch die Verwendung jeweils gleichartig gesteuerter Kupplungen. Die nunmehr eingesparte, bidirektional wirkende Sonnenradkupplung wurde offensichtlich als essenziell betrachtet, da ihre Funktion für sechs Schaltkombinationen abgehandelt wurde. Die Möglichkeit ganz auf sie zu verzichten, blieb jedoch völlig außer Betracht.
Bezugszeichenliste
Nabenhülse
2 Ritzel
4a Antreiber
4b Antreiberhülse
4c Langlöcher in 4b
4d Abtreiberhülse
4e Langlöcher in 4d
6a Achse
6b Schalttrommel
8 Planetenträger in NSG
K20, K30, ... K90 Kupplungen
24, 34, ... 94 Nuten in 6b
EG Eingangsgetriebe
NSG Nachschaltgetriebe
HR Hohlrad
PR Planetenräder
SR Sonnenräder i Übersetzungsverhältnis s Gangsprung
S Schaltbereich
W Wälzlagereinheit
51c, 91c, 64b, 84b Schaltfinger
52, 92 Feder
53, 93 Kulisse
64a, 84a Schiebering
56, 96 Stützscheiben

Claims

Patentansprüche Planeten-Schaltgetriebe auf einer zentralen Achse (6a) montiert mit einer antriebsseitigen Hohlwelle (4a) und einer abtriebsseitigen Nabenhülse (1 ) mit einem koaxial dazwischen angeordneten Planetengetriebe (NSG), welches ein Sonnenrad (SR) und über einen zugehörigen Planetenträger (8) miteinander verbundene Planetenräder sowie ein Hohlrad (HR) umfasst, welches jeweils in mittels Kupplungen bei wechselseitiger Umschaltung des An- und Abtriebes entweder in einen Blockumlauf oder einen Übersetzungsmodus oder Untersetzungsmodus schaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (NSG) bei permanenter Achsfestlegung seines Sonnenrades (SR) mit nur vier Kupplungen (K50, K60, K80, K90) bei der wechselseitigen Umschaltung des An- und Abtriebes jeweils entweder in einen langsamen, einen schnellen oder einen direkten Modus geschaltet ist. Planeten-Schaltgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungen (K50, K90; K60, K80), die das Hohlrad (HR) und den Planetenträger (8) mit Planetenrädern (PR) jeweils mit dem Antrieb oder mit dem Abtrieb verbinden oder die den Antrieb und den Abtrieb direkt verbinden, symmetrisch zu dem achsfesten Sonnenrad (SR) angeordnet sind. Planeten-Schaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass kuppelnd federbelastete, sich radial erstreckende Kupplungsringe einer jeweiligen Gangstufe freizustellen sind, indem Schieberinge in gewendelten zirkularen Nuten (54, ...94) in einer koaxialen Schalttrommel (6b) und in radialen, parallel zur Rotationsachse des Getriebes orientierten Schlitzen einer sie umschließenden Hohlachse (6a) geführt, jeweils die zugehörigen Kupplungsringe schaltend betätigen.
4. Planeten-Schaltgetriebe nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlradkupplungen (K50, K90) sowie die Planetenträgerkupplungen (K60, K80) jeweils symmetrisch mit Schließfedern ausgestattet sind.
5. Planeten-Schaltgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließfedern der Planetenträgerkupplungen (K60, K80) sich gegenüberliegend an dem Sonnenrad (SR) abstützen.
6. Anordnung eines Planeten-Schaltgetriebes nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es als ein Nachschaltgetriebe (NSG) mit mindestens einem mehrstufigen Vorschaltgetriebe als Einheitsgetriebe gekoppelt ist, das als ein Tretlagergetriebe, ein Zwischengetriebe, ein Kettengetriebe oder ein Eingangsgetriebe (EG) in der Hinterradnabe ausgebildet ist, wobei die Gangsprünge der Gesamtanordnung der Getriebe (EG, NSG) annähernd gleich sind und die Gangsprünge des/der Vorschaltgetriebe/s innerhalb der Stufung des Nachschaltgetriebes (NSG) liegen.
7. Anordnung eines Planeten-Schaltgetriebes nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsgetriebe (EG) in der Hinterradnabe ein Klinkenschaltgetriebe ist.
8. Anordnung eines Planeten-Schaltgetriebes nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsgetriebe (EG) in der Hinterradnabe als ein mehrstufiges Planetengetriebe in der Nabenhülse (1 ) angeordnet ist und dessen abtriebsseitiges Hohlrad mit dem nachgeschalteten Planetengetriebe (NSG) verbunden ist und sein Planetenträger mit dem Antrieb verbunden ist und mittels Kupplungen (K20, K30, K40) wahlweise in den Blockumlauf oder durch festsetzen einzelner Sonnenräder in verschiedene Übersetzungsstufen geschaltet ist. Anordnung eines Planeten-Schaltgetriebes nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsgetriebe (EG) zweistufig ist und die Anordnung ein Neunganggetriebe ist, dessen Kupplungen (K20, ... K90) durchgehend axial schaltend ausgebildet sind. Anordnung eines Planeten-Schaltgetriebes nach Anspruch 9, wobei bei dem Neunganggetriebe die Gangsprünge zwischen 1 ,238 und 1 ,242 liegen.
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