EP4652093A1 - Tretlagergetriebe mit einer anordnung zum betätigen eines bremsschaltelements - Google Patents

Tretlagergetriebe mit einer anordnung zum betätigen eines bremsschaltelements

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Publication number
EP4652093A1
EP4652093A1 EP24700608.3A EP24700608A EP4652093A1 EP 4652093 A1 EP4652093 A1 EP 4652093A1 EP 24700608 A EP24700608 A EP 24700608A EP 4652093 A1 EP4652093 A1 EP 4652093A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bottom bracket
brake
cam element
gear
assigned
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP24700608.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Ziemer
Hagen Doepfert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
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 ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP4652093A1 publication Critical patent/EP4652093A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • B62M11/18—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears with a plurality of planetary gear units
    • 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
    • B62M11/145—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 bottom bracket
    • 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
    • F16H—GEARING
    • F16H63/00—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/02—Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms
    • F16H63/08—Multiple final output mechanisms being moved by a single common final actuating mechanism
    • F16H63/16—Multiple final output mechanisms being moved by a single common final actuating mechanism the final output mechanisms being successively actuated by progressive movement of the final actuating mechanism
    • F16H63/18—Multiple final output mechanisms being moved by a single common final actuating mechanism the final output mechanisms being successively actuated by progressive movement of the final actuating mechanism the final actuating mechanism comprising cams
    • 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
    • F16H—GEARING
    • F16H63/00—Control outputs from the control unit to change-speed- or reversing-gearings for conveying rotary motion or to other devices than the final output mechanism
    • F16H63/02—Final output mechanisms therefor; Actuating means for the final output mechanisms
    • F16H63/30—Constructional features of the final output mechanisms
    • F16H63/34—Locking or disabling mechanisms
    • F16H63/3408—Locking or disabling mechanisms the locking mechanism being moved by the final actuating mechanism

Definitions

  • the present invention relates to a bottom bracket gear in planetary gear set design for a bicycle with an arrangement for actuating a brake switching element. Furthermore, the invention relates to a bicycle with the bottom bracket gear.
  • a bottom bracket gear with an arrangement for actuating a switching element is known from the document DE 102019220044 A1.
  • the arrangement comprises a rotatably arranged shift drum, wherein the shift drum has several curved tracks axially next to one another for the sequential actuation of several brake pawls of the brake switching elements, so that only sequential shifting of gears is possible with the bottom bracket gear.
  • the present invention is based on the object of proposing a bottom bracket gear and a vehicle with the bottom bracket gear, which in addition to sequential shifting also enable direct shifting to skip gear steps.
  • This object is achieved according to the invention by the features of patent claim 1 and 11 respectively.
  • Advantageous and claimed further developments emerge from the subclaims and the description as well as the drawings.
  • a bottom bracket gear in planetary gear set design for a bicycle with an arrangement for actuating a brake pawl of a brake switching element for locking and releasing a gear component for switching a gear step is proposed.
  • each brake pawl is operatively connected to a separately controllable rotatable cam element.
  • the bicycle is preferably designed as an (S-)Pedelec, e-bike, velomobile, cargo bike or the like.
  • the bicycle preferably has an electric (auxiliary) drive.
  • the brake pawl can preferably be designed as a spring-loaded rocker arm, with a first rocker arm being assigned to a locking toothing of the transmission component and a second rocker arm being assigned to a curved path provided on the circumference of the separately controllable cam element for actuating the brake pawl.
  • the brake pawl is preferably designed as a normally closed brake pawl. This means that the spring-loaded rocker arm is pressed with its pawl tip or with its pawl hook on the first rocker arm by means of spring force into the locking toothing of the transmission component to be locked, such as a planetary gear carrier, a sun gear or a ring gear of the bottom bracket gear, in order to block or fix the transmission component so that the associated gear can be engaged.
  • a rotating roller or the like can be provided on the second rocker arm of the brake pawl as a contact surface with the circumference of the cam element.
  • each brake pawl and a rotation axis of each cam element are arranged approximately parallel to a central bottom bracket gear rotation axis.
  • the required components can be ZF Friedrichshafen AG File 215040 Friedrichshafen 2023-01-17
  • the proposed bottom bracket gear can be integrated into the existing bottom bracket housing in order to enable direct switching in addition to the sequential switching mode without an additional housing.
  • each cam element is assigned a rotary drive, for example as an electric servo motor or the like. To control each cam element, it is only necessary that the cam element must be rotated in one direction of rotation.
  • each rotary drive can, for example, be transmitted to the associated cam element via a high-ratio reduction gear.
  • a particularly compact and cost-effective reduction gear can be realized by using several planetary gear sets or the like coupled to one another as the reduction gear.
  • a curved path can be provided along the circumference of each cam element with a first shorter ramp section with a greater gradient for quickly inserting the brake pawl into the locking teeth of the associated gear component and with a second longer ramp section with a lower gradient for disengaging the switching pawl with a low load.
  • the spring-loaded insertion of the brake pawl is released and accelerated by a short rotary movement of the cam element through the steep ramp section, while the disengagement of the brake pawl is made possible by a longer rotary movement of the cam element with the lowest possible load due to the flat, longer ramp section.
  • the rotary drive of the cam element can be dimensioned accordingly small.
  • the rotating cam element is assigned a position detection. In this way, the gear shift control knows the position of each cam element at all times.
  • Figure 1 is a schematic side view of a bottom bracket gear according to the invention of a bicycle with a cam element for actuating a brake pawl of a brake switching element
  • Figure 2 is a schematic partial view of a gear section through the bottom bracket gear according to the invention
  • Figure 3 is a schematic side view of the bottom bracket gear with several cam elements for actuating several brake pawls
  • Figure 4 is a schematic side view of the bottom bracket gear with several cam elements for actuating several brake pawls in an alternative arrangement position
  • Figure 5 is a gear section through the bottom bracket gear according to the invention with several cam elements for actuating several brake pawls
  • Figure 6 is a schematic principle representation of the bottom bracket gear
  • Figure 7 is a circuit diagram of the brake switching elements and the free
  • FIGS 1 to 6 show various views of a bottom bracket gear in planetary gear set design on a bicycle 1, which is designed as a pedelec, with one or more rotatable cam elements 2, 3, 4, 5 as an arrangement for separately actuating one or more brake pawls 6, 7, 8, 9 of brake switching elements B1, B2, B3, B4.
  • Figure 7 shows a circuit diagram for the brake switching elements B1, B2, B3, B4 and freewheel clutches F1, F2, F3, F4 of the bottom bracket gear, which is designed as a 16-speed transmission only as an example.
  • a brake switching element B1, B2, B3, B4 is generally understood to be an actuatable brake which fixes a transmission component in the closed state or connects it to a housing 10 of the bottom bracket transmission.
  • a bottom bracket transmission in planetary gear set design with several, preferably four planetary gear sets RS1, RS2, RS3, RS4 for a bicycle 1 with the cam elements 2, 3, 4, 5 for actuating at least one of the brake switching elements B1, B2, B3, B4 is proposed, which is shown in detail in Figures 5 and 6.
  • the bottom bracket gear comprises, as an arrangement for actuating the four brake pawls 6, 7, 8, 9 of the four brake switching elements B1, B2, B3, B4, the four separately controllable cam elements 2, 3, 4, 5 for locking and releasing a gear component for switching any gear G1 to G16 regardless of the gear selected.
  • Figure 1 shows an example of a fourth cam element 5 for actuating a fourth brake pawl 9 of a fourth brake switching element B4.
  • Each brake pawl 6, 7, 8, 9 is designed as a spring-loaded rocker arm, with a first rocker arm being assigned to a locking toothing 11 of the respective gear component and a second rocker arm being assigned to a curved track 12, 13, 14, 15 provided on the circumference of the separately controllable cam element 2, 3, 4, 5.
  • the cam track 12, 13, 14, 15 on each cam element 2, 3, 4, 5 has a first shorter ramp section with a greater gradient for quickly engaging the brake pawl and a second longer ramp section with a lower gradient for disengaging the brake pawl from the locking teeth of the ZF Friedrichshafen AG File 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 assigned transmission component.
  • the information on shorter and longer ramp sections relates to the angle of rotation range of the cam element 2, 3, 4, 5, so that the first ramp section runs over a smaller angle of rotation range and the second ramp section over a larger angle of rotation range.
  • Each cam element 2, 3, 4, 5 has its own rotary drive 16 for separate control, which is operatively connected to the respective cam element 2, 3, 4, 5 via a reduction gear 17 consisting of several planetary gear sets coupled to one another in order to rotate the cam element 2, 3, 4, 5, for example counterclockwise.
  • the brake pawl 9 of the fourth brake switching element B4 is in the disengaged state, since the second rocker arm of the brake pawl 9 is located on the second ramp section of the curved path 15 of the cam element 5 shortly before the first steep ramp section of the curved path 15.
  • the brake pawl 15 is held against the spring force in a position in which the first rocker arm is not in engagement with the locking teeth 11.
  • the rotary drive 16 with the reduction gear 17 is shown as an example using the fourth cam element 5 for actuating the fourth brake pawl 9 of the fourth brake switching element B4.
  • the reduction gear 17 consists, for example, of four planetary gear sets, wherein the rotary drive is coupled to the reduction gear via a sun gear, while the ring gears of the planetary gear sets are fixed to the housing 10 and the planetary gear carriers of the planetary gear sets are each coupled to the sun gear of the adjacent planetary gear set, wherein the planetary gear carrier of the last planetary gear set is connected to the cam element 5 for the drive.
  • Figures 3, 4 and 5 for example, the pivot axes of the brake pawls 6, 7, 8, 9 and the rotation axes of the cam elements 2, 3, 4, 5 ZF Friedrichshafen AG File 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 approximately axially parallel to a central bottom bracket gear rotation axis 18.
  • Figure 3 shows an arrangement position of the cam elements 2, 3, 4, 5 and the brake pawls 6, 7, 8, 9 in a common area of the housing 10.
  • Figure 4 shows an alternative arrangement position of the cam elements and the brake pawls in separate areas of the housing on the circumference of the bottom bracket gear.
  • first brake pawl 6 and the third brake pawl 8 are assigned to a common bolt with a common pivot axis
  • second brake pawl 7 and the fourth brake pawl 9 are also assigned to a common bolt with a common pivot axis.
  • Figures 3, 4 and 5 show that the first brake pawl 6 of the first brake switching element B1 is assigned the first separately controllable cam element 2, the second brake pawl 7 of the second brake switching element B2 is assigned the second separately controllable cam element 3, the third brake pawl 8 of the third brake switching element B3 is assigned the third separately controllable cam element 4 and the fourth brake pawl 9 of the fourth brake switching element B4 is assigned the fourth separately controllable cam element 5.
  • Figure 6 shows a schematic representation of the bottom bracket gear with the four planetary gear sets RS1, RS2, RS3, RS4.
  • four brakes B1, B2, B3, B4 and four freewheel clutches F1, F2, F3, F4 are assigned to the planetary gear sets RS1, RS2, RS3, RS4.
  • the known gear structure will not be described further, as this is obvious to the expert.
  • the corresponding circuit diagram of the bottom bracket gear shown in Figures 5 and 6 is shown in Figure 7.
  • a line on the brake switching elements B1, B2, B3, B4 means an open state, i.e.
  • a release of the assigned gear component while a dot ZF Friedrichshafen AG File 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 in the switching diagram corresponds to the closed state of the brake switching elements B1, B2, B3, B4.
  • a line in the switching diagram for implementing the respective gear stage G1 to G16 means the overtaking drive state, while a dot in the switching diagram for implementing the corresponding gear stage G1 to G16 realizes the locked state.
  • a direct non-sequential shift in any order to a desired target gear G1 to G16 can be triggered by the corresponding control of the respective cam element 2, 3, 4, 5, so that, for example, shifts from the fifteenth gear stage G15 to the fifth gear stage G5 or similar are possible.
  • bottom bracket gear With the bottom bracket gear according to the invention, it is possible, for example, for a user to individually determine the number of gears. Particularly in the case of a transmission with a high number of gears and uniform gradation, the user has the option of deliberately omitting individual gears in order to be able to represent large or small gear jumps with the same basic transmission.

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Abstract

Es wird ein Tretlagergetriebe in Planetenradsatzbauweise für ein Fahrrad (1) mit einer Anordnung zum Betätigen einer Bremsklinke (6, 7, 8, 9) eines Bremsschaltelementes (B1, B2, B3, B4) zum Sperren und Freigeben eines Getriebebauteils zum Schalten einer Gangstufe (G1 bis G16) vorgeschlagen, wobei jede Bremsklinke (6, 7, 8, 9) jeweils mit einem separat ansteuerbaren drehbaren Nockenelement (2, 3, 4, 5) in Wirkverbindung steht.

Description

ZF Friedrichshafen AG Akte 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 Tretlagergetriebe mit einer Anordnung zum Betätigen eines Bremsschaltelements Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tretlagergetriebe in Planetenradsatzbauweise für ein Fahrrad mit einer Anordnung zum Betätigen eines Bremsschaltelements. Fer- ner betrifft die Erfindung ein Fahrrad mit dem Tretlagergetriebe. Beispielsweise aus der Druckschrift DE 102019220044 A1 ist ein Tretlagergetriebe mit einer Anordnung zum Betätigen eines Schaltelements bekannt. Die Anordnung umfasst eine drehbar angeordnete Schaltwalze, wobei die Schaltwalze axial neben- einander mehrere Kurvenbahnen zur sequenziellen Betätigung mehrerer Bremsklin- ken der Bremsschaltelemente aufweist, sodass nur eine sequenzielle Schaltung von Gängen bei dem Tretlagergetriebe möglich ist. Demzufolge erfolgen die Schaltungen vom eingelegten Gang zum Zielgang sequenziell in festgelegter Reihenfolge, d. h., es können keine Gänge übersprungen werden, wodurch sich die Schaltdauer erhöht. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tretlagergetriebe und ein Fahrzeug mit dem Tretlagergetriebe vorzuschlagen, welche neben sequenziellen Schaltungen auch direkte Schaltungen zum Überspringen von Gangstufen ermögli- chen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw.11 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Somit wird ein Tretlagergetriebe in Planetenradsatzbauweise für ein Fahrrad mit ei- ner Anordnung zum Betätigen einer Bremsklinke eines Bremsschaltelementes zum Sperren und Freigeben eines Getriebebauteils zum Schalten einer Gangstufe vorge- schlagen. Um neben sequenziellen Schaltungen auch direkte Schaltungen zum Überspringen von Gangstufen zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass jede Brems- klinke jeweils mit einem separat ansteuerbaren drehbaren Nockenelement in Wirk- verbindung steht. ZF Friedrichshafen AG Akte 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 Das Fahrrad ist vorzugsweise ausgeformt als (S-)Pedelec, E-Bike, Velomobil, Car- gobike oder dergleichen. Das Fahrrad weist dabei vorzugsweise einen elektrischen (Hilfs-)Antrieb auf. Auf diese Weise wird eine dezentrale Betätigung bzw. Aktuierung von Bremsschalt- elementen des Tretlagergetriebes durch die separat ansteuerbaren Nockenelemente derart ermöglicht, dass nicht nur eine sequenzielle Schaltung von nacheinander lie- genden Gangstufen, sondern auch direkte Schaltungen in jede beliebige Gangstufe aufgrund der jeder Bremsklinke zugeordneten Nockenelemente ermöglicht, sodass jeder gewünschte Zielgang unabhängig vom aktuellen eingelegten Gang in beliebiger Schaltreihenfolge direkt eingelegt werden kann. Vorzugsweise kann die Bremsklinke als federbelasteter Kipphebel ausgeführt wer- den, wobei ein erster Kipphebelarm einer Sperrverzahnung des Getriebebauteils zu- geordnet ist und wobei ein zweiter Kipphebelarm einer am Umfang vorgesehenen Kurvenbahn des separat ansteuerbaren Nockenelements zum Betätigen der Brems- klinke zugeordnet ist. Bevorzugt wird die Bremsklinke als normalerweise geschlos- sene Bremsklinke ausgeführt. Dies bedeutet, dass der federbelastete Kipphebel mit seiner Klinkenspitze bzw. mit seinem Klinkenhaken an dem ersten Kipphebelarm mit- tels Federkraft in die Sperrverzahnung des zu sperrenden Getriebebauteils, wie zum Beispiel einem Planetenradträger, einem Sonnenrad oder einem Hohlrad des Tretla- gergetriebes, gedrückt wird, um das Getriebebauteil zu blockieren bzw. festzusetzen, sodass der zugeordnete Gang geschaltet werden kann. Um die Reibung an der Berührungsfläche zwischen der Bremsklinke und dem No- ckenelement bei dem Direktschaltungen in beliebiger Schaltreihenfolge ermöglichen- den Tretlagergetriebe zu minimieren, kann beispielsweise an dem zweiten Kipphe- belarm der Bremsklinke als Berührungsfläche mit dem Umfang des Nockenelements eine drehbare Rolle oder dergleichen vorgesehen sein. Vorzugsweise sind eine Schwenkachse jeder Bremsklinke und eine Drehachse jedes Nockenelements etwa achsparallel zu einer zentralen Tretlagergetriebe-Rotations- achse angeordnet. Auf diese Weise können die erforderlichen Bauteile bei dem ZF Friedrichshafen AG Akte 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 vorgeschlagenen Tretlagergetriebe in das vorhandene Tretlagergehäuse integriert werden, um neben der sequenziellen Schaltungsweise auch die Direktschaltungs- weise ohne ein zusätzliches Gehäuse zu ermöglichen. Für eine besonders einfache Ansteuerung jedes Nockenelements kann beispiels- weise vorgesehen werden, dass jedem Nockenelement ein Drehantrieb zum Beispiel als elektrischer Servomotor oder dergleichen zugeordnet sein. Zur Ansteuerung je- des Nockenelement ist es nur erforderlich, dass das Nockenelement in eine Dreh- richtung gedreht werden muss. Die Drehbewegung jedes Drehantriebes kann beispielsweise über ein hochüberset- zendes Reduziergetriebe auf das zugeordnete Nockenelement übertragen werden. Ein besonders kompaktbauendes und kostengünstiges Reduziergetriebe kann dadurch realisiert werden, dass als Reduziergetriebe mehrere miteinander gekop- pelte Planetenradsätze oder dergleichen verwendet werden. Zum Betätigen jeder Bremsklinke durch das zugeordnete Nockenelement kann vor- gesehen sein, dass entlang des Umfanges jedes Nockenelements eine Kurvenbahn mit einem ersten kürzeren, mit größerer Steigerung ausgebildeten Rampenabschnitt zum schnellen Einlegen der Bremsklinke in die Sperrverzahnung des zugeordneten Getriebebauteils und mit einem zweiten längeren, mit geringerer Steigung ausgebil- deten Rampenabschnitt zum Auslegen der Schaltklinke mit geringer Last vorgesehen ist. Auf diese Weise wird durch den steilen Rampenabschnitt durch eine kurze Dreh- bewegung des Nockenelements das federbelastete Einlegen der Bremsklinke freige- geben und beschleunigt, während das Auslegen der Bremsklinke aufgrund des fla- chen längeren Rampenabschnittes durch eine längere Drehbewegung des Nocken- elements mit möglichst geringer Last ermöglicht wird. Demzufolge kann der Drehan- trieb des Nockenelements entsprechend klein dimensioniert werden. Um die Ansteuerung beim Durchführen der direkten Schaltungen bei dem vorge- schlagenen Tretlagergetriebe zu vereinfachen, ist vorgesehen, dass dem drehbaren Nockenelement eine Positionserkennung zugeordnet ist. Auf diese Weise ist der Schaltansteuerung jederzeit die Position jedes Nockenelement bekannt. ZF Friedrichshafen AG Akte 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Fahrrad mit dem vorbeschriebenen Tretlagergetriebe gelöst, wobei sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile ergeben. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläu- tert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Tretlager- getriebes eines Fahrrads mit einem Nockenelement zum Betätigen einer Bremsklinke eines Bremsschaltelementes; Figur 2 eine schematische Teilansicht eines Getriebeschnittes durch das erfin- dungsgemäße Tretlagergetriebe; Figur 3 eine schematische Seitenansicht des Tretlagergetriebes mit mehreren Nockenelementen zum Betätigen mehrerer Bremsklinken; Figur 4 eine schematische Seitenansicht des Tretlagergetriebes mit mehreren Nockenelementen zum Betätigen mehrerer Bremsklinken in einer alternativen Anord- nungsposition; Figur 5 ein Getriebeschnitt durch das erfindungsgemäße Tretlagergetriebe mit mehreren Nockenelementen zum Betätigen mehrerer Bremsklinken; Figur 6 eine schematische Prinzipdarstellung des Tretlagergetriebes; und Figur 7 ein Schaltschema der Bremsschaltelemente und der Freilaufkupplun- gen des Tretlagergetriebes gemäß Figur 5 und 6. ZF Friedrichshafen AG Akte 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 In den Figuren 1 bis 6 sind verschiedene Ansichten eines Tretlagergetriebes in Pla- netenradsatzbauweise bei einem Fahrrad 1, das als Pedelec ausgebildet ist, mit ei- nem oder mehreren drehbaren Nockenelementen 2, 3, 4, 5 als Anordnung zum se- paraten Betätigen von einer oder mehreren Bremsklinken 6, 7, 8, 9 von Bremsschalt- elementen B1, B2, B3, B4 beispielhaft dargestellt. Figur 7 zeigt ein Schaltschema für die Bremsschaltelemente B1, B2, B3, B4 und Freilaufkupplungen F1, F2, F3, F4 des nur beispielhaft als 16-Gang-Getriebe ausgeführten Tretlagergetriebes. Unter einem Bremsschaltelement B1, B2, B3, B4 wird im Allgemeinen eine betätigbare Bremse verstanden, welche ein Getriebebauteil im geschlossenen Zustand festsetzt bzw. mit einem Gehäuse 10 des Tretlagergetriebes verbindet. Es wird beispielhaft ein Tretlagergetriebe in Planetenradsatzbauweise mit mehreren, vorzugsweise vier Planetenradsätzen RS1, RS2, RS3, RS4 für ein Fahrrad 1 mit den Nockenelementen 2, 3, 4, 5 zum Betätigen zumindest eines der Bremsschaltele- mente B1, B2, B3, B4 vorgeschlagen welches in den Figuren 5 und 6 im Detail dar- gestellt ist. Demzufolge umfasst das Tretlagergetriebe als Anordnung zum Betätigen der vier Bremsklinken 6, 7, 8, 9 der vier Bremsschaltelemente B1, B2, B3, B4 die vier separat ansteuerbaren Nockenelemente 2, 3, 4, 5 zum Sperren und Freigeben eines Getrie- bebauteils zum Schalten einer beliebigen Gangstufe G1 bis G 16 unabhängig von der jeweils eingelegten Gangstufe. In Figur 1 ist beispielhaft ein viertes Nockenelement 5 zum Betätigen einer vierten Bremsklinke 9 eines vierten Bremsschaltelementes B4 dargestellt. Jede Bremsklinke 6, 7, 8, 9 ist als federbelasteter Kipphebel ausgeführt, wobei ein erster Kipphebelarm einer Sperrverzahnung 11 des jeweiligen Getriebebauteils zugeordnet ist und wobei ein zweiter Kipphebelarm einer am Umfang vorgesehenen Kurvenbahn 12, 13, 14, 15 des separat steuerbaren Nockenelements 2, 3, 4, 5 zugeordnet ist. Die Kurven- bahn 12, 13, 14, 15 an jedem Nockenelement 2, 3, 4, 5 weist einen ersten kürzeren, mit größerer Steigung ausgebildeten Rampenabschnitt zum schnellen Einlegen der Bremsklinke und einen zweiten längeren, mit geringerer Steigung ausgebildeten Rampenabschnitt zum Auslegen der Bremsklinke aus der Sperrverzahnung des ZF Friedrichshafen AG Akte 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 zugeordneten Getriebebauteils auf. Die Angaben kürzerer und längerer Rampenab- schnitt sind auf den Drehwinkelbereich des Nockenelements 2, 3, 4, 5 bezogen, so- dass der erste Rampenabschnitt über einen kleineren Drehwinkelbereich und der zweite Rampenabschnitt über einen größeren Drehwinkelbereich verlaufen. Jedes Nockenelement 2, 3, 4, 5 weist zur separaten Ansteuerung einen eigenen Drehan- trieb 16 auf, der über ein aus mehreren miteinander gekoppelten Planetenradsätzen bestehendes Reduziergetriebe 17 mit dem jeweiligen Nockenelement 2, 3, 4, 5 in Wirkverbindung steht, um das Nockenelement 2, 3, 4, 5 beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. In Figur 1 befindet sich die Bremsklinke 9 des vierten Bremsschaltelementes B4 im ausgelegten Zustand, da sich der zweite Kipphebelarm der Bremsklinke 9 an dem zweiten Rampenabschnitt der Kurvenbahn 15 des Nockenelement 5 kurz vor dem ersten steilen Rampenabschnitt der Kurvenbahn 15 befindet. Demzufolge wird die Bremsklinke 15 gegen die Federkraft derart in einer Position gehalten, in der der erste Kipphebelarm nicht in Eingriff mit der Sperrverzahnung 11 steht. Wenn das No- ckenelement 5 durch den zugeordneten Drehantrieb 16 weiter gedreht wird, wird die Bremsklinke 9 aufgrund des steilen Rampenabschnittes freigegeben und kann auf- grund der Federkraft in die Sperrverzahnung 11 eingreifen. In Figur 2 ist beispielhaft der Drehantrieb 16 mit dem Reduziergetriebe 17 anhand des vierten Nockenelements 5 zum Betätigen der vierten Bremsklinke 9 des vierten Bremsschaltelements B4 beispielhaft dargestellt. Das Reduziergetriebe 17 besteht beispielhaft aus vier Planetenradsätzen, wobei der Drehantrieb über ein Sonnenrad mit dem Reduziergetriebe gekoppelt ist, während die Hohlräder der Planetenradsätze an dem Gehäuse 10 festgesetzt sind und die Planetenradträger der Planetenrads- ätze jeweils mit dem Sonnenrad des benachbarten Planetenradsatzes gekoppelt sind, wobei der Planetenradträger des letzten Planetenradsatzes mit dem Nocken- element 5 zum Antrieb verbunden ist. Wie beispielsweise aus den Figuren 3, 4 und 5 ersichtlich ist, sind die Schwenkach- sen der Bremsklinken 6, 7, 8, 9 und die Drehachsen der Nockenelemente 2, 3, 4, 5 ZF Friedrichshafen AG Akte 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 etwa achsparallel zu einer zentralen Tretlagergetriebe-Rotationsachse 18 angeord- net. In Figur 3 ist eine Anordnungsposition der Nockenelemente 2, 3, 4, 5 und der Brems- klinken 6, 7, 8, 9 in einem gemeinsamen Bereich des Gehäuses 10 dargestellt. In Fi- gur 4 ist eine alternative Anordnungsposition der Nockenelemente und der Brems- klinken in separaten Bereichen des Gehäuses am Umfang des Tretlagergetriebes dargestellt. Unabhängig von der Anordnungsposition ist vorgesehen, dass die erste Bremsklinke 6 und die dritte Bremsklinke 8 einem gemeinsamen Bolzen mit einer ge- meinsamen Schwenkachse zugeordnet sind, während die zweite Bremsklinke 7 und die vierte Bremsklinke 9 ebenfalls einem gemeinsamen Bolzen mit einer gemeinsa- men Schwenkachse zugeordnet sind. Aus den Figuren 3, 4 und 5 geht hervor, dass der ersten Bremsklinke 6 des ersten Bremsschaltelementes B1 das erste separat ansteuerbare Nockenelement 2 zuge- ordnet ist, dass der zweiten Bremsklinken 7 des zweiten Bremsschaltelementes B2 das zweite separat ansteuerbare Nockenelement 3 zugeordnet ist, dass der dritten Bremsklinke 8 des dritten Bremsschaltelementes B3 das dritte separat ansteuerbare Nockenelement 4 zugeordnet ist und dass der vierten Bremsklinke 9 des vierten Bremsschaltelementes B4 das vierte separat ansteuerbare Nockenelement 5 zuge- ordnet ist. In Figur 6 ist eine schematische Darstellung des Tretlagergetriebes mit den vier Pla- netenradsätzen RS1, RS2, RS3, RS4 dargestellt. Zum Realisieren der 16 Gangstu- fen G1 bis G16 sind den Planetenradsätzen RS1, RS2, RS3, RS4 vier Bremsen B1, B2, B3, B4 sowie vier Freilaufkupplungen F1, F2, F3, F4 zugeordnet. Der an sich be- kannte Getriebeaufbau wird nicht weiter beschrieben, da dieser sich für den Fach- mann ergibt. Das entsprechende Schaltschema des in den Figur 5 und 6 dargestellten Tretlager- getriebes ist in Figur 7 gezeigt. Bei dem dargestellten Schaltschema gemäß Figur 7 bedeutet ein Strich bei den Bremsschaltelementen B1, B2, B3, B 4 einen geöffneten Zustand, also eine Freigabe des zugeordneten Getriebebauteils, während ein Punkt ZF Friedrichshafen AG Akte 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 in dem Schaltschema dem geschlossenen Zustand der Bremsschaltelemente B1, B2, B3, B4 entspricht. Bei den Freilaufkupplungen F1, F2, F3, F4 bedeutet ein Strich in dem Schaltschema zum Realisieren der jeweiligen Gangstufe G1 bis G16 den Über- holtriebzustand, während ein Punkt in dem Schaltschema zum Realisieren der ent- sprechenden Gangstufe G1 bis G16 den Sperrzustand realisiert. Eine direkte nicht sequenzielle Schaltung in beliebiger Reihenfolge in einen ge- wünschten Zielgang G1 bis G16 kann durch die entsprechende Ansteuerung des je- weiligen Nockenelements 2, 3, 4, 5 ausgelöst werden, sodass beispielsweise Schal- tungen von der fünfzehnten Gangstufen G15 in die fünfte Gangstufe G5 oder Ähnli- ches möglich ist. Es ist mit dem erfindungsgemäßen Tretlagergetriebe beispielsweise möglich, dass ein Nutzer die Anzahl der Gänge individuell festlegt. Der Nutzer hat insbesondere bei einem Getriebe mit hoher Gangzahl und gleichmäßiger Stufung die Möglichkeit ein- zelne der Gänge bewusst wegzulassen, um große oder kleine Gangsprünge mit demselben Grundgetriebe darstellen zu können.
ZF Friedrichshafen AG Akte 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 Bezugszeichen 1 Fahrrad 2 erstes Nockenelement 3 zweites Nockenelement 4 drittes Nockenelement 5 viertes Nockenelement 6 erste Bremsklinke 7 zweite Bremsklinke 8 dritte Bremsklinke 9 vierte Bremsklinke 10 Gehäuse bzw. Tretlagergehäuse 11 Sperrverzahnung 12 Kurvenbahn des ersten Nockenelements 13 Kurvenbahn des zweiten Nockenelements 14 Kurvenbahn des dritten Nockenelements 15 Kurvenbahn des vierten Nockenelements 16 Drehantrieb 17 Reduziergetriebe 18 zentrale Tretlagergetriebe-Rotationsachse RS1 Planetenradsatz RS2 Planetenradsatz RS3 Planetenradsatz RS4 Planetenradsatz G1 bis G16 16 Gangstufen B1 erstes Bremsschaltelement B2 zweites Bremsschaltelement B3 drittes Bremsschaltelement B4 viertes Bremsschaltelement F1 erste Freilaufkupplung F2 zweite Freilaufkupplung F3 dritte Freilaufkupplung F4 vierte Freilaufkupplung

Claims

ZF Friedrichshafen AG Akte 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 Patentansprüche 1. Tretlagergetriebe in Planetenradsatzbauweise für ein Fahrrad (1), mit einer Anord- nung zum Betätigen einer Bremsklinke (6, 7, 8, 9) eines Bremsschaltelementes (B1, B2, B3, B4) zum Sperren und Freigeben eines Getriebebauteils zum Schalten einer Gangstufe (G1 bis G16), dadurch kennzeichnet, dass jede Bremsklinke (6, 7, 8, 9) jeweils mit einem separat ansteuerbaren drehbaren Nockenelement (2, 3, 4, 5) in Wirkverbindung steht. 2. Tretlagergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brems- klinke (6, 7, 8, 9) als federbelasteter Kipphebel ausgeführt ist, wobei ein erster Kipp- hebelarm einer Sperrverzahnung (11) des Getriebebauteils zugeordnet ist und wobei ein zweiter Kipphebelarm einer am Umfang vorgesehenen Kurvenbahn (12, 13, 14, 15) des separat ansteuerbaren Nockenelements (2, 3, 4, 5) zum Betätigen der Bremsklinke (6, 7, 8, 9) zugeordnet ist. 3. Tretlagergetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an dem zwei- ten Kipphebelarm der Bremsklinke (6, 7, 8, 9) als Berührungsfläche mit der Kurven- bahn (12, 13, 14, 15) des Nockenelements (2, 3, 4, 5) eine drehbare Rolle vorgese- hen ist. 4. Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine Schwenkachse jeder Bremsklinke (6, 7, 8, 9) und eine Dreh- achse jedes Nockenelements (2, 3, 4, 5) etwa achsparallel zu einer zentralen Tretla- gergetriebe-Rotationsachse (18) angeordnet sind. 5. Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass jedem Nockenelement (2, 3, 4, 5) zur separaten Ansteuerung ein Drehantrieb (16) zugeordnet ist. 6. Tretlagergetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehbewe- gung des Drehantriebes (16) über ein Reduziergetriebe (17) auf das zugeordnete Nockenelement (2, 3, 4, 5) übertragbar ist. ZF Friedrichshafen AG Akte 215040 Friedrichshafen 2023-01-17 7. Tretlagergetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Reduzier- getriebe (17) mehrere miteinander gekoppelte Planetenradsätze vorgesehen sind. 8. Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass entlang des Umfanges des Nockenelements (2, 3, 4, 5) eine Kurven- bahn (12, 13, 14, 15) mit einem ersten kürzeren, mit größerer Steigung ausgebilde- ten Rampenabschnitt zum schnellen Einlegen der Bremsklinke (6, 7, 8, 9) und mit ei- nem längeren, mit geringerer Steigung ausgebildeten Rampenabschnitt zum Ausle- gen der Bremsklinke (6, 7, 8, 9) aus der Sperrverzahnung des zugeordneten Getrie- bebauteils vorgesehen ist. 9. Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass dem drehbaren Nockenelement (2, 3, 4, 5) eine Positionserkennung zugeordnet ist. 10. Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass einer ersten Bremsklinke (6) eines ersten Bremsschaltelementes (B1) ein erstes separat ansteuerbares Nockenelement (2) zugeordnet ist, dass einer zwei- ten Bremsklinken (7) eines zweiten Bremsschaltelementes (B2) ein zweites separat ansteuerbares Nockenelement (3) zugeordnet ist, dass einer dritten Bremsklinke (8) eines dritten Bremsschaltelementes (B3) ein drittes separat ansteuerbares Nocken- element (4) zugeordnet ist und dass einer vierten Bremsklinke (9) eines vierten Bremsschaltelementes (B4) ein viertes separat ansteuerbares Nockenelement (5) zu- geordnet ist. 11. Fahrrad (1) mit einem Tretlagergetriebe nach einem der vorangehenden Ansprü- che.
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