WO2014072344A1 - Hub transmission for a bicycle - Google Patents

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WO2014072344A1
WO2014072344A1 PCT/EP2013/073170 EP2013073170W WO2014072344A1 WO 2014072344 A1 WO2014072344 A1 WO 2014072344A1 EP 2013073170 W EP2013073170 W EP 2013073170W WO 2014072344 A1 WO2014072344 A1 WO 2014072344A1
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WO
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gear
planetary
hub
planetary gear
gears
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/073170
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German (de)
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Inventor
Franz Kurth
Andreas Ziegler
Markus BAAR
Stefan SCHURER
Original Assignee
Technische Universität München
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Publication date
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B62M11/16Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears built in, or adjacent to, the ground-wheel hub
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B62M11/18Transmissions 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
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    • F16H2200/00Transmissions for multiple ratios
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    • F16H2200/2051Transmissions using gears with orbital motion characterised by the engaging friction means not of the freewheel type, e.g. friction clutches or brakes with eight engaging means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H3/00Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/62Gearings having three or more central gears
    • F16H3/66Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another
    • F16H3/663Gearings having three or more central gears composed of a number of gear trains without drive passing from one train to another with conveying rotary motion between axially spaced orbital gears, e.g. RAVIGNEAUX

Definitions

  • the invention relates to a hub gear for a bicycle, comprising a number of arranged on a central axis, coupled planetary gears, and a number of arranged on the central axis switching means for reversibly locking and / or inhibiting individual planetary gear components.
  • Hub gears are used in bicycles and especially in trekking and city bicycles. They are installed inside the rear hub of a bicycle and consist in the simplest case of a planetary gear, whereby a 3-speed gearbox can be implemented. With more than three gears, several planetary gears are combined in a hub gear.
  • hub gears over conventional derailleurs lies in their encapsulated construction. In this way, in particular their protection against dirt and moisture can be ensured with sufficient lubrication of the gear units.
  • the wear of a hub gear is correspondingly low.
  • the wear is also reduced by the simple executed primary ratio, since in hub gears only one chainring paired with a pinion is used. This results in a constant chain line regardless of the gear engaged.
  • hub gears are switchable both when stationary and under load, so that you can easily change, for example, for starting easier routes. The actuation of a hub gear via only one handlebar mounted rotary handle.
  • a hub gear which realizes twelve gears by the coupling or the combination of two planetary gears.
  • the planetary gear in each case two multi-stage planetary gears, which are coupled together via a common planet carrier.
  • the planet gears mesh with sun gears, which are arranged around a central axis.
  • the sun gears can be connected to the central axis via freewheels acting in one direction of rotation, with the freewheels being controlled in such a way that different gear ratios can be implemented within the hub gear.
  • the gear spread of the approximately 3.5 kg hub gear is 3.39.
  • Such a hub gear is sold under the name "Elanl2" by the manufacturer Fichtel and Sachs.
  • an 11-speed hub gear is known, which is based on the coupling of four planetary gears.
  • the planetary gears are arranged one behind the other on a central axis.
  • two of the four planetary gears are made here with stepped planetary gears.
  • switching means in the form of clutches are arranged on the central axis in order to achieve the required ratio.
  • the gear spread is about 4.09.
  • Such a hub gear is known as "Shimano Alvine 11-speed hub gearshift" manufacturer Shimano.
  • EP 0 910 530 discloses a hub gear for a bicycle which realizes fourteen gears by the combination of three planetary gears each having a stepped double planetary gear.
  • two of the planet wheels are coupled to one another via a common planet carrier and are arranged in mirror image relative to a plane of symmetry perpendicular to the central axis.
  • the third planetary gear is connected via a ring gear-sun gear coupling with the first two planetary gears.
  • a number of switching devices designed as switching clutches is furthermore included, by means of which the sun gears of the individual planetary gears can optionally be connected in a rotationally fixed manner to the central axis.
  • the hub gear according to EP 0 910 530 has a gear spread of 5.26 and a gearbox weight of about 1.7 kg and is marketed under the name "Rohloff Speed Hub 500/14" of the manufacturer Rohloff.
  • All the above-described hub gears have in common that they combine the advantage of a straight chain run with the dirt immunity of a sealed gearbox.
  • the hub gears reach their limits, in particular with regard to the number of gears that can be realized. Especially higher gears, which are desirable, for example, when driving downhill, are missing so far.
  • the incremental steps in the gear change partly deviate significantly from the area perceived as pleasant for cyclists.
  • the invention includes a hub gear for a bicycle having a number of planetary gears coupled to one another on a central axis.
  • These planetary gears include one or more "complete planetary gears” and / or one or more "extended planetary gears”.
  • complete planetary gear in the present disclosure means a planetary gear that includes a sun gear, a set of planetary gears and a ring gear, and an "extended planetary gear” a gearbox with two sun gears, a ring gear and a set stepped planetary gears whose stepped portions mesh with one sun gear each.
  • the hub circuit further comprises a number of switching means for reversibly locking and / or inhibiting individual planetary gear components, wherein a switching means and a freewheel are provided for each complete planetary gear and for each extended planetary gear.
  • a switching means and a freewheel are provided for each complete planetary gear and for each extended planetary gear.
  • a second switching means may be provided instead of the freewheel, provided that this assumes the function of a freewheel in the context of the shift pattern of the hub gear, d. H. would be replaceable by a freewheel.
  • each complete or extended planetary gear can be equipped with two , Achieve states.
  • 16 gears can thus be realized with only four switching means.
  • the hub gear from DE 107 20 796 AI seven clutches for the realization of 14 gears.
  • a hub gear for a bicycle comprising a number of arranged on a central axis, coupled planetary gears, and a number of arranged on the central axis switching means for reversibly locking and / or inhibiting individual planetary gear components.
  • the planetary gears are in this case coupled together such that the ratio of the ratio of the lowest gear to the translation of the highest gear is more than 5.40.
  • the invention recognizes that a high gear spread can be made possible by the mechanical coupling of planetary gears.
  • the translation of a transmission basically describes the relationship between the output speed and the input speed.
  • the translation in bicycle hub gears results from the ratio of the number of teeth and diameter of the coupled planetary gear.
  • a high or long gear ratio is particularly suitable here for achieving a high final speed, whereas a small or short gear ratio is suitable for driving in rough terrain or on steep climbs.
  • the transmission spread ie the ratio of the ratio of the lowest gear to the gear ratio of the highest gear, in%.
  • the percentage indication of the gear spread designates the translation of the highest gear as a percentage of the translation of the lowest gear.
  • the desired gear spread ie the gear ratio between the highest and the lowest gear
  • a planetary gearing makes it possible to achieve a high power density in relation to other types of gearing and high torque transmission in the smallest possible space.
  • a planetary gear meets the requirements for the lowest possible construction or transmission weight.
  • the planetary gear may be formed depending on the required transmission or reduction ratio with one or more planetary gear, so that the desired number of gears can be achieved.
  • a simple form of a planetary gear comprises, as planetary gear components, a sun gear, a planetary gear set arranged on a planet carrier and having a number of planet gears and / or a ring gear.
  • the sun gear is in this case positively connected via the planet gears with the internally toothed ring gear, wherein the planetary gears can be arranged by the internal toothing of the ring gear compact and space-saving.
  • the planetary gears are preferably arranged on a planet carrier, wherein they may be arranged, for example, in a plane adjacent to the inner periphery of the ring gear or on an axis as stepped planets.
  • planetary gearboxes are any coupling of a set of planetary gears with a sun gear, to distinguish them as a “complete planetary gearbox", which in addition to a sun gear and a planetary gear set also comprises a ring gear.
  • extended planetary gear in the present disclosure means a transmission comprising two sun gears, a ring gear and a set of stepped planetary gears each having first and second planetary gear portions of different diameters rotatably connected to each other and of which the first planetary gear portion is meshed with the first sun gear and the second planetary gear portion is meshed with the second sun gear, as will become apparent below with reference to two of an exemplary embodiment.
  • the planetary gears are arranged in particular on a central axis, which may be formed as a hollow axle or hollow shaft.
  • the central axis is mounted in the installed state within a hub expediently both drive and driven side.
  • the planetary gear are preferably arranged axially adjacent.
  • a shaft for actuating the switching means used in the hub gear is positioned in the central axis.
  • the switching means can be actuated by a movement of this shaft and thus enable the insertion of various gears by blocking and / or inhibiting individual planetary gear components.
  • the switching means can be designed, for example, as a clutch or as a brake, depending on the requirement.
  • the hub gear itself is arranged in the installed state within a hub shell of the bicycle hub.
  • the hub shell protects the gear from dirt and moisture and also ensures permanent lubrication of the planetary gear components.
  • further units such as a coaster brake, a hub dynamo or the like can be integrated into the hub shell with little design effort. This offers on the one hand the advantage of reducing the number of components on the bike, on the other hand, these are protected just like the mechanics of the transmission by the encapsulation of water and dirt.
  • planetary gear sets as planetary gear components, of which at least two are formed with identical parts.
  • the planet gears of at least two planetary gear sets are therefore designed as identical parts with the same circumferential toothing.
  • the planet carrier can also be designed as a common part.
  • ring gears are included, which are at least partially formed as identical parts with the same circumferential toothing.
  • planetary gear components include sun gears that are at least partially formed as identical parts with the same circumferential toothing.
  • a material-saving and cost-effective design of the hub gear is also implemented.
  • the hub gear is simplified by a variety of common parts in planetary gear sets, ring gears and sun gears in terms of their basic buildability and complexity compared to previously common circuits and offers improved ride comfort with at least constant and especially increased number of gears.
  • the respective planetary gear in addition to a 14-speed hub gear with a gear spread of about 5.45 in particular a 16-speed hub gear with a gear spread of about 6.39 can be provided.
  • the number of identical parts of the Planetenradkomponen- used in the hub gear is hereby not limited to only two equal parts, but can be suitably adapted to the overall design of the hub gear.
  • the planet gears of two or more planetary gears are coupled together.
  • a coupling for example, via a common - -
  • Planet carrier, a common ring gear or a common sun can be done in a small space with a few parts high translation can be achieved with a high mechanical stability at the same time.
  • two or more of the planetary gear are coupled via planet gears designed as stepped planetary gears.
  • a stepped planetary gear is characterized in particular by the possibility of translation change with little radial space.
  • a stepped planetary gear can be manufactured from a plurality of partial wheels with different toothings and / or diameters.
  • the partial gears of a stepped planetary gear can in this case, for example, rotatably connected to each other be arranged on an axis.
  • the stepped planet can also be made in one piece.
  • the number of subplanes is dependent on the arrangement within the planetary gear.
  • the planet gears may be formed, for example, as so-called stepped double planet wheels or as multi-stepped planetary gears.
  • two or more of the planetary gear are coupled via a common planet carrier, whereby the total weight of the resulting hub circuit can be kept low.
  • the planet gears of each to be coupled together planetary gear are arranged on a common planet carrier, so that the rotational speed of a planetary gear is transmitted via the planet carrier directly to an adjacent planetary gear.
  • two or more of the planetary gear are coupled via a common ring gear.
  • the coupling is done by the planetary gear sets of several planetary gear. Planet wheels of adjacent planetary gears mesh with the same ring gear.
  • the ring gear can be formed over its axial width with a uniform continuous circumferential toothing. Alternatively, however, the ring gear can also have a divided over its axial width peripheral teeth.
  • the planetary gears used in each case mesh with one of the differing part gears of the ring gear.
  • two or more of the planetary gear are coupled via a common sun gear.
  • the coupling can for example be such that a planetary gear meshes with two or more sun gears of adjacent planetary gear. Even with such a configuration only a small radial space is needed.
  • the sun gear may also have a divided peripheral toothing over its axial width, wherein the peripheral toothings meshing with the sun gear are in each case in engagement with one of the partial toothings of the sun gear.
  • the coupled planetary gear are driven on the drive side via a ring gear.
  • the pedaling power introduced by the driver during driving is thus coupled into the first planetary gear via the ring gear and from there overhanging beyond the further planetary gears up to the output side.
  • the output-side decoupling preferably takes place via a planet carrier.
  • the or each switching means is designed as a clutch or as a brake.
  • the switching means By the switching means the insertion of desired gears is possible.
  • the number and type of switching means which are necessary to realize the individual gears, for the construction and production costs of great importance.
  • each of the components of a planetary gear shiftable from the central axis are blocked, coupled, coupled and / or braked and unlocked accordingly, decoupled, decoupled and / or dissolved.
  • a number of freewheels are included, over which a number of planetary gear components is coupled to the central axis.
  • the coupling of the planetary gear is designed such that the gear jumps between two adjacent courses are possible in the entire transmission in a range between 12% and 15%.
  • a gear jump indicates how the gear ratio between two adjacent gears changes.
  • a gear jump is given by the percentage increase in gear ratio when changing from a higher gear to the adjacent lower gear.
  • FIG. 2 shows a tabular listing of the numbers of teeth of the respective circumferential toothings of the planetary gear components of the 14-gear hub gear according to FIG.
  • FIG. 3 is a circuit diagram for the 14-speed hub gear according to FIGS. 1 and 2
  • FIG. 4 is a schematic structure of a 16-speed hub gear for a bicycle with six planetary gears
  • FIG. 5 shows a tabular listing of the numbers of teeth of the respective circumferential toothings of the planetary gear components of the 16-gear hub gear according to FIG.
  • FIGS. 4 and 5 are circuit diagrams for the 16-speed hub circuit according to FIGS. 4 and 5.
  • Fig. 1 shows the schematic structure of a 14-speed hub gear 1 for a bicycle.
  • the hub gear 1 achieved by the coupling of five planetary gears 3, 5, 7, 9, 1 1 at 14 gears a total spread (ratio of the ratio of the lowest gear to the translation of the highest gear) of 5.45.
  • the total spread of 5.45 results from the ratio of the translation of the 1st gear to the translation of the 14th.
  • gear jumps ie the respective ratio of the gear ratio of one gear to the next gear, are evenly in the range between 12% and 15%.
  • the two additionally designated in Table 81 gears 0 and 15 are optional switchable and have as end gears higher gear jumps of about 30% to the respective adjacent aisles.
  • the 0th gear is suitable for extreme climbs, the 15th gear allows the achievement of high speeds.
  • Such a hub gear 1 allows a high ride comfort with a high number of gears.
  • each coupling of a planetary gear with a sun gear as a separate planetary gear 3, 5, 7, 9, 11 is considered.
  • these "planetary gears” in the broadest sense, only those are referred to as “complete planetary gear” comprising a sun gear, a set planetary gears and a ring gear.
  • the planetary gears 3, 5 and 11 are “complete planetary gears.”
  • the planet gears 7 and 9 together form an "extended planetary gear”.
  • the first portion of this "extended planetary gear” is formed by the planetary gear 7, which in itself forms a “complete planetary gear”, since it contains a sun gear 53, a set of planet gears 43 and a ring gear 45.
  • the second section of the “extended planetary gear” is formed by the planetary gear 9, which comprises only a sun gear 55 and a set of planetary gears 49.
  • the planet gears 43 and 49 are sections of one and the same stepped planetary gear 47. This construction will be referred to as "Extended planetary gear” called.
  • the planetary gear 3, 5, 7, 9, 11 are arranged axially adjacent to a schematically indicated central axis 13.
  • On the central axis 13 further designed as clutches switching means 15, 17, 19, 21 and four freewheels 23, 25, 27, 29 are arranged, whereby a switching of the desired gears is made possible by a corresponding locking and / or inhibiting individual planetary gear components.
  • the first planetary gear 3 consists of a ring gear 31, arranged on a planet carrier 33 first planetary gear 35 and a sun gear 37.
  • the planetary gear 3 will not only comprise a first planetary gear 35, but a plurality of similar first planetary gears 35. However, this understanding of those skilled in the art will be referred to in the following for the sake of simplicity on the planetary gears in the singular.
  • the ring gear 31 is driven from the outside and meshes with its internal teeth with the planetary gear 35.
  • the planetary gear 35 in turn meshes with the sun gear 37, which is arranged on the central axis 13 via a first freewheel 23.
  • the planet carrier 33 is connected to the first clutch 15 and can be locked via this relative to the central axis 13.
  • the second planetary gear 39 of the second planetary gear 5 is coupled via the planet carrier 33 with the first planetary gear 3.
  • the second planetary gear 39 in turn meshes with the sun gear 41 of the second planetary gear 5.
  • the sun gear 41 can be fixed to the central axis 13 via the coupling 17.
  • a second freewheel 25 is arranged on the planet carrier 33, via which the planet carrier 33 is coupled to the sun gear 41.
  • the planetary gear 39 of the second planetary gear 5 and the planetary gear 43 of the third planetary gear 7 are in the present case coupled together via a common second ring gear 45.
  • the ring gear 45 is formed over its entire axial width with the same circumferential toothing.
  • the planetary gear 43 of the third planetary gear 7 is formed as a double-stepped double planetary gear 47.
  • the double planetary gear 47 may be made in one piece and has, in addition to the planetary gear 43, yet another planetary gear 49.
  • the planetary gear 49 is already associated with the fourth planetary gear 9.
  • Both planetary gears 43, 49 have different diameters and divergent numbers of teeth on its outer periphery. As a result, a ratio change is achieved with little radial space.
  • the double planetary gear 47 or the two planetary gears 43, 49 designed as partial planet wheels are arranged on a common second planet carrier 51 and mesh with a sun gear 53, 55.
  • the sun gear 53 of the third planetary gear 53 Drive 7 can in this case be fixed via the clutch 19 to the central axle 13, whereas the sun gear 55 of the fourth planetary gear 9 is coupled via the freewheel 27 to the central axle.
  • the third planetary gear 7 and the fourth planetary gear 9 together form an "extended planetary gear".
  • the speed of the second planetary carrier 51 is coupled via the fifth sun gear 57 in the fifth planetary gear 1 1.
  • the sun gear 57 driven by the planetary carrier 51 meshes with the planetary gear 59 of the fifth partial transmission 1 1.
  • the planetary gear 59 is arranged on a third planet carrier 61, via which the rotational speed is decoupled on the drive side.
  • the planet gear 59 meshes with a fourth ring gear 63, which in turn is connected via a further freewheel 29 with the central axis 12.
  • the sun gear 57 of the fifth planetary gear 11 is additionally coupled via the clutch 21 to the planet carrier 51.
  • FIG. 2 shows a table 71 which lists the respective numbers of teeth of the circumferential toothing of the planetary gear components of the 14-speed hub gear according to FIG.
  • the planetary gears 39, 43 as part of each planetary gear set have the same number of teeth (PG II and PG III) with 47 teeth each.
  • the three used in the hub 1 ring gears 31, 45, 63, each with 134 teeth all three have the same number of teeth on the inner circumference.
  • FIG. 3 shows a circuit diagram 81 for the 14-speed hub gear according to FIGS. 1 and 2.
  • table 71 FIG. 2
  • the gear ratios indicated in circuit diagram 81 can be implemented for the respective gears engaged.
  • the crosses in the tables show which switching means 15, 17, 19, 21 is effective, ie inhibits or blocks, or which freewheel 23, 25, 27, 29 is used.
  • a lack of the cross means correspondingly that the respective switching means 15, 17, 19, 21 are unlocked or released or the respective freewheel 23, 25, 27, 29 is not used.
  • the direct gear in which the gear ratio is 1: 1, is in the 15th gear.
  • the 15th gear as well as the O.Gang, is here optional switchable. If both gears are additionally engaged, it is 16-speed gearbox, but the gear jump between the 0th gear and the 1st gear, as well as the gear jump between the 14th gear and the 15th gear at each about 30% lie.
  • FIG. 4 a schematic structure of a 16-speed hub gear 91 for a bicycle is shown.
  • the hub gear 91 achieves a total spread of 6.39 by coupling six planetary gears 93, 95, 97, 99, 101, 103 at 16 gears.
  • Such a hub gear 91 allows a high level of ride comfort compared to common circuits increased number of gears.
  • two together form an "extended planetary gear", namely planetary gears 93 and 95 and planetary gears 97 and 99.
  • Planetary gears 101 and 103 are "full planetary gears” in the sense of the present disclosure
  • the hub gear 91 consists of two "complete planetary gears” 101, 103 and two "extended planetary gears” 93/95, 97/99.
  • the planetary gears 93, 95, 97, 99, 101, 103 arranged side by side on a schematically indicated central axis 105.
  • the first planetary gear 93 consists of a ring gear 123, a planetary gear 125 arranged on a first planetary gear 127 and a sun gear 129.
  • the ring gear 123 is driven from the outside and meshes with its internal teeth with the planetary gear 127.
  • the planetary gear 127 is present part of a two-stepped Doppelp lane- tenrades 129.
  • the double planetary gear 129 may be made in one piece and has in addition to the planetary gear 127 another _ _
  • Planet wheel 131 on. About the two planetary gears 127, 131, the first planetary gear 93 is coupled to the second planetary gear 95.
  • the two planet gears 127, 131 of the double planetary gear 129 have different diameters and have on their outer circumference divergent numbers of teeth.
  • the planet gear 127 which has the larger diameter and a smaller number of teeth, meshes with the first sun gear 133, which in turn is connected to the first clutch 107.
  • the planetary gear 131 meshes with the second sun gear 135 of the second planetary gear 95.
  • the Clarradi 35 is presently arranged via a first freewheel 115 on the central axis 105.
  • the speed of the planetary gear 131 as part of the stepped double planetary gear 129 is coupled via the common planet carrier 125 in the third planetary gear 97 and equally in the fourth planetary gear 99.
  • This coupling is achieved by the double stepped double planetary gear 139.
  • the double planetary gear 139 may also be made in one piece and consists of two planetary gears 141, 143, each with different diameters and circumferential teeth.
  • the planetary gear 141 of the stepped double planetary gear 129 meshes with the sun gear 145 of the third planetary gear 97, wherein the sun gear 145 is connected via the second freewheel 117 with the central axis 105.
  • the planetary gear 143 meshes with the sun gear 147 of the fourth planetary gear 99.
  • the sun gear 147 can be fixed via the second clutch 109 to the central axis 105.
  • the planetary gear 143 meshes with a ring gear 149.
  • the planetary gear 143 of the fourth planetary gear 99 is coupled to the Planetenradi 51 of the fifth planetary gear 101.
  • the use of a common ring gear 149 reduces the number of components required for the hub gear 91 and thus the material and manufacturing costs when they are completed. _.
  • the planetary gear 151 further meshes with a sun gear 1 53, which in turn is arranged on the central axis 105 via a further freewheel 1 19.
  • the sun gear 153 is coupled to the planetary carrier 155 of the fifth planetary gear 101 via the third switching means 11 1 designed as a clutch.
  • the planet carrier 155 additionally serves to transmit the speed from the fifth planetary gear 101 to the sixth planetary gear 103 of the hub gear 91.
  • the planet carrier 155 is connected to the sun gear 157 of the sixth planetary gear 103.
  • FIG. 5 shows a table 171 which lists the respective numbers of teeth of the peripheral teeth of the planetary gear components of the 16-gear hub transmission according to FIG.
  • the planet wheels 127, 143, 151 (listed as PG I, PG IV and PG V in Table 171) have the same circumferential toothing, each with 37 teeth.
  • the ring gears 123, 139, 161 of the hub gear 91 have all three teeth with the same number of teeth on their inner circumference with 134 teeth.
  • FIG. 6 shows a circuit diagram 181 for the 16-speed hub gear according to FIGS. 4 and 5.
  • the gear ratios indicated in circuit diagram 181 can be realized at the respectively engaged gears.
  • the crosses in the circuit diagram 181 indicate which switching means 107, 109, 111, 114 are effective, ie blocked or inhibited, or which freewheel 15, 117, 119, 121 are used is.
  • a lack of the cross means corresponding , _ chend that the respective switching means 107, 109, III, 114 unlocked or released or the corresponding freewheel 1 15, 1 17, 1 19, 121 is not used.
  • the shift pattern 181 shows that the direct gear in the 16-speed hub gear as well as the 14-speed hub gear is in 15th gear. Again, all couplings 107, 109, 1 1 1, 1 13 are connected accordingly to obtain a ratio of 1.
  • Both variants of the hub gear 1 and 91 is a number of four freewheels and four switching means or couplings in common. With a comparatively small number of different components, a circuit with a high gear spread is realized in a small space.
  • each of the complete planetary gears 3, 5, 11; 101, 103 or extended planetary gear 7/8, 93/95, 97/99 exactly one switching means and a freewheel.
  • This allows each of these complete or extended planetary gear taken in turn switch to two different transmission states, so that each of these complete or extended planetary gear two translations contributes to the overall transmission.
  • the highest and the lowest gear ratios may be omitted within the scope of the designated shift pattern, however, the associated gear ratio exists and is therefore counted as "gear".
  • optical means that a relatively large number of gears (here 16) can be obtained with a relatively uniform transmission distribution and a high spread, in fact this approach, as shown in the exemplary embodiments, leads to hub gears having a allow greater girth spread than in the prior art, and with only four active switching means, thereby even reducing the complexity of the hub circuitry despite the improved performance.

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Abstract

The invention relates to a hub transmission (1) for a bicycle having a plurality of planetary gear units (3, 5, 7, 9, 11) arranged on a central shaft (13) that are coupled to one another. The hub transmission (1) comprises one or more complete planetary gear units (3, 5, 11), each of which comprises a sun gear (37, 41, 57), a set of planet gears (35, 39, 59) and a ring gear (31, 45, 63) and/or one or more extended planetary gear units (7, 9). An extended planetary gear unit comprises a first and a second sun gear (53, 55), a set of stepped planet gears (47), each having a first (43) and a second (49) planet gear section, wherein the first planet gear section (43) meshes with the first sun gear (53) and the second planet gear section (49) meshes with the second sun gear (55). The hub transmission (1) additionally includes a plurality of shifting means (15, 17, 19, 21) for reversibly locking and/or arresting individual planet gear units. One shifting means (15, 17, 19, 21) and one free-wheel (23, 25, 27, 29) are provided for each complete planetary gear unit (3, 5, 11) and for each extended gear unit (7, 9).

Description

Nabenschaltung für ein Fahrrad  Hub gear for a bicycle
Die Erfindung betrifft eine Nabenschaltung für ein Fahrrad, umfassend eine Anzahl von auf einer Zentralachse angeordneten, miteinander gekoppelten Planetengetrieben, sowie eine Anzahl von an der Zentralachse angeordneten Schaltmitteln zum reversiblen Sperren und/oder Hemmen einzelner Planetengetriebekomponenten. The invention relates to a hub gear for a bicycle, comprising a number of arranged on a central axis, coupled planetary gears, and a number of arranged on the central axis switching means for reversibly locking and / or inhibiting individual planetary gear components.
Nabenschaltungen kommen in Fahrrädern und hier insbesondere in Trekking- und Stadtfahrrädern zum Einsatz. Sie werden innerhalb der Hinterradnabe eines Fahrrades verbaut und bestehen im einfachsten Fall aus einem Planetengetriebe, wodurch ein 3 -Gang Getrie- be umgesetzt werden kann. Bei mehr als drei Gängen werden mehrere Planetengetriebe in einer Nabenschaltung kombiniert. Hub gears are used in bicycles and especially in trekking and city bicycles. They are installed inside the rear hub of a bicycle and consist in the simplest case of a planetary gear, whereby a 3-speed gearbox can be implemented. With more than three gears, several planetary gears are combined in a hub gear.
Ein Vorteil von Nabenschaltungen gegenüber herkömmlichen Kettenschaltungen liegt insbesondere in ihrer verkapselten Bauweise. Hierdurch kann bei ausreichender Schmierung der Getriebeeinheiten insbesondere deren Schutz vor Schmutz und Feuchtigkeit gewährleistet werden. Der Verschleiß einer Nabenschaltung ist entsprechend gering. Zusätzlich verringert wird der Verschleiß auch durch die einfach ausgeführte Primärübersetzung, da in Nabenschaltungen lediglich ein Kettenblatt gepaart mit einem Ritzel eingesetzt wird. Hierdurch ergibt sich unabhängig vom eingelegten Gang eine konstante Kettenlinie. Wei- terhin sind Nabenschaltungen sowohl im Stand als auch unter Last schaltbar, so dass man beispielsweise zum Anfahren mühelos in leichtere Gänge wechseln kann. Die Betätigung einer Nabenschaltung erfolgt über lediglich einen am Lenker montierten Drehgriff. An advantage of hub gears over conventional derailleurs lies in their encapsulated construction. In this way, in particular their protection against dirt and moisture can be ensured with sufficient lubrication of the gear units. The wear of a hub gear is correspondingly low. In addition, the wear is also reduced by the simple executed primary ratio, since in hub gears only one chainring paired with a pinion is used. This results in a constant chain line regardless of the gear engaged. Furthermore, hub gears are switchable both when stationary and under load, so that you can easily change, for example, for starting easier routes. The actuation of a hub gear via only one handlebar mounted rotary handle.
Um die stetig steigenden Anforderungen an moderne Fahrradnabenschaltungen zu erfüllen, werden diese kontinuierlich weiterentwickelt. Hierbei wird besonders der Fahrkomfort in den Vordergrund gestellt. Dieser zeichnet sich beispielsweise durch eine hohe Ganganzahl und hohe Getriebespreizung ebenso wie durch eine komfortable Gangabstufung und ein niedriges Getriebegewicht aus. _ . In order to meet the ever increasing demands on modern bicycle hub gears, these are being continuously developed. Here, especially the ride comfort is put in the foreground. This is characterized for example by a high number of gears and high transmission spread as well as a comfortable gear and a low gearbox weight. _.
Aus der DE 43 42 347 Cl ist beispielsweise eine Nabenschaltung bekannt, die durch die Kopplung bzw. die Kombination von zwei Planetengetrieben zwölf Gänge realisiert. Hierbei weist das Planetengetriebe jeweils zwei mehrstufige Planetenräder auf, die über einen gemeinsamen Planetenträger miteinander gekoppelt sind. Die Planetenräder kämmen mit Sonnenrädern, die um eine Zentralachse angeordnet sind. Die Sonnenräder sind hierbei über in einer Drehrichtung wirkende Freiläufe mit der Zentralachse verbindbar, wobei die Freiläufe so ausgesteuert werden, dass sich verschiedene Übersetzungsverhältnisse innerhalb der Nabenschaltung umsetzen lassen. Die Getriebespreizung der etwa 3,5 kg schweren Nabenschaltung liegt bei 3,39. Eine derartige Nabenschaltung wird unter dem Namen „Elanl2" vom Hersteller Fichtel und Sachs vertrieben. From DE 43 42 347 Cl, for example, a hub gear is known, which realizes twelve gears by the coupling or the combination of two planetary gears. In this case, the planetary gear in each case two multi-stage planetary gears, which are coupled together via a common planet carrier. The planet gears mesh with sun gears, which are arranged around a central axis. The sun gears can be connected to the central axis via freewheels acting in one direction of rotation, with the freewheels being controlled in such a way that different gear ratios can be implemented within the hub gear. The gear spread of the approximately 3.5 kg hub gear is 3.39. Such a hub gear is sold under the name "Elanl2" by the manufacturer Fichtel and Sachs.
Weiterhin ist aus der EP 2 017 175 A1 eine 11 -Gang-Nabenschaltung bekannt, die auf der Kopplung von vier Planetengetrieben basiert. Die Planetengetriebe sind hintereinandergeschaltet auf einer Zentralachse angeordnet. Zur Darstellung der Übersetzungen werden hier zwei der vier Planetengetriebe mit gestuften Planetenrädern ausgeführt. Zusätzlich sind an der Zentralachse Schaltmittel in Form von Kupplungen angeordnet, um die geforderte Übersetzung zu erreichen. Die Getriebespreizung liegt bei etwa 4,09. Eine derartige Nabenschaltung ist als„Shimano Alvine 11 -Gang Nabenschaltung" des Herstellers Shimano bekannt. Furthermore, from EP 2 017 175 A1 an 11-speed hub gear is known, which is based on the coupling of four planetary gears. The planetary gears are arranged one behind the other on a central axis. To illustrate the translations, two of the four planetary gears are made here with stepped planetary gears. In addition, switching means in the form of clutches are arranged on the central axis in order to achieve the required ratio. The gear spread is about 4.09. Such a hub gear is known as "Shimano Alvine 11-speed hub gearshift" manufacturer Shimano.
Die EP 0 910 530 (WO 98/52817) offenbart eine Nabenschaltung für ein Fahrrad, die durch die Kombination von drei Planetengetrieben mit jeweils einem gestuften Doppelplanetenrad vierzehn Gänge realisiert. Zwei der Planetenräder sind hierzu über einen gemeinsamen Planetenradträger miteinander gekoppelt und spiegelbildlich zu einer senkrecht zur Zentralachse liegenden Symmetrieebene angeordnet. Das dritte Planetenrad ist über eine Hohlrad-Sonnenrad-Kopplung mit den ersten beiden Planetenrädern verbunden. Um die gewünschten Übersetzungen zu erreichen, ist weiterhin eine Anzahl von als Schaltkupplungen ausgebildeten Schaltmitteln umfasst, mittels derer die Sonnenräder der einzelnen Planetengetriebe wahlweise drehfest mit der Zentralachse verbunden werden können. Die Nabenschaltung gemäß der EP 0 910 530 weist eine Getriebespreizung von 5,26 und ein Getriebegewicht von etwa 1,7 kg auf und ist unter dem Namen„Rohloff Speed Hub 500/14" des Herstellers Rohloff am Markt vertreten. Zwar ist allen vorbeschriebenen Nabenschaltungen gemeinsam, dass sie den Vorteil eines geraden Kettenlaufs mit der Schmutzunempfmdlichkeit eines gekapselten Getriebes kombinieren. Allerdings stoßen die Nabenschaltungen insbesondere hinsichtlich der realisierbaren Ganganzahl an ihre Grenzen. Insbesondere höhere Gänge, die beispielsweise bei Bergabfahrten wünschenswert sind, fehlen bislang. Auch weichen die Stufensprünge beim Gangwechsel zum Teil deutlich von dem für Fahrradfahrer als angenehm empfundenen Bereich ab. EP 0 910 530 (WO 98/52817) discloses a hub gear for a bicycle which realizes fourteen gears by the combination of three planetary gears each having a stepped double planetary gear. For this purpose, two of the planet wheels are coupled to one another via a common planet carrier and are arranged in mirror image relative to a plane of symmetry perpendicular to the central axis. The third planetary gear is connected via a ring gear-sun gear coupling with the first two planetary gears. In order to achieve the desired translations, a number of switching devices designed as switching clutches is furthermore included, by means of which the sun gears of the individual planetary gears can optionally be connected in a rotationally fixed manner to the central axis. The hub gear according to EP 0 910 530 has a gear spread of 5.26 and a gearbox weight of about 1.7 kg and is marketed under the name "Rohloff Speed Hub 500/14" of the manufacturer Rohloff. Although all the above-described hub gears have in common that they combine the advantage of a straight chain run with the dirt immunity of a sealed gearbox. However, the hub gears reach their limits, in particular with regard to the number of gears that can be realized. Especially higher gears, which are desirable, for example, when driving downhill, are missing so far. In addition, the incremental steps in the gear change partly deviate significantly from the area perceived as pleasant for cyclists.
Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, eine Nabenschaltung für ein Fahrrad anzuge- ben, welche einen verbesserten Fahrkomfort bei gleichzeitig möglichst hoher Ganganzahl ermöglicht. It is therefore an object of the invention to provide a hub gear for a bicycle, which allows improved ride comfort while maintaining the highest possible number of gears.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Nabenschaltung nach Ansprüchen 1 und 19. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. This object is achieved by a hub circuit according to claims 1 and 19. Advantageous developments are specified in the dependent claims.
Gemäß einem Aspekt umfasst die Erfindung eine Nabenschaltung für ein Fahrrad mit einer Anzahl von auf einer Zentralachse angeordneten, miteinander gekoppelten Planetengetrieben. Diese Planetengetriebe umfassen ein oder mehrere„vollständige Planetengetriebe" und/oder ein oder mehrere„erweiterte Planetengetriebe". Wie unten näher erläutert wird, bezeichnet der Begriff„vollständiges Planetengetriebe" im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ein Planetengetriebe, welches ein Sonnenrad, einen Satz Planetenräder und ein Hohlrad umfasst, und ein„erweitertes Planetengetriebe" ein Getriebe mit zwei Sonnenrädern, einem Hohlrad und einem Satz gestufter Planetenräder, deren gestufte Abschnitte mit jeweils einem Sonnenrad kämmen. Die Nabenschaltung umfasst ferner eine Anzahl von Schaltmitteln zum reversiblen Sperren und/oder Hemmen einzelner Planetengetriebekomponenten, wobei für jedes vollständige Planetengetriebe und für jedes erweiterte Planetengetriebe ein Schaltmittel und ein Freilauf vorgesehen sind. Anstelle des Freilaufs kann selbstverständlich auch ein zweites Schaltmittel vorgesehen sein, sofern dieses im Rahmen des Schaltmusters der Nabenschaltung die Funktion eines Freilaufs annimmt, d. h. durch einen Freilauf ersetzbar wäre. In one aspect, the invention includes a hub gear for a bicycle having a number of planetary gears coupled to one another on a central axis. These planetary gears include one or more "complete planetary gears" and / or one or more "extended planetary gears". As will be explained in more detail below, the term "complete planetary gear" in the present disclosure means a planetary gear that includes a sun gear, a set of planetary gears and a ring gear, and an "extended planetary gear" a gearbox with two sun gears, a ring gear and a set stepped planetary gears whose stepped portions mesh with one sun gear each. The hub circuit further comprises a number of switching means for reversibly locking and / or inhibiting individual planetary gear components, wherein a switching means and a freewheel are provided for each complete planetary gear and for each extended planetary gear. Of course, a second switching means may be provided instead of the freewheel, provided that this assumes the function of a freewheel in the context of the shift pattern of the hub gear, d. H. would be replaceable by a freewheel.
Wenn für jedes vollständige oder erweiterte Planetengetriebe nur ein Schaltmittel vorgesehen ist, lassen sich mit jedem vollständigen bzw. erweiterten Planetengetriebe zwei Schalt- . _ zustände erreichen. Bei beispielsweise vier hintereinander geschalteten vollständigen bzw. erweiterten Planetengetrieben lassen sich somit mit lediglich vier Schaltmitteln 16 Gänge realisieren. Im Gegensatz hierzu benötigt beispielsweise die Nabenschaltung aus der DE 107 20 796 AI sieben Schaltkupplungen zur Realisierung von 14 Gängen. If only one switching means is provided for each complete or extended planetary gear, each complete or extended planetary gear can be equipped with two , Achieve states. For example, in four consecutively connected complete or extended planetary gears 16 gears can thus be realized with only four switching means. In contrast, for example, requires the hub gear from DE 107 20 796 AI seven clutches for the realization of 14 gears.
Man beachte, dass man mit dem hier gewählten Ansatz in den Planetengetrieben inhärent vorhandene Übersetzungen ungenutzt lässt, da ein vollständiges Planetengetriebe beispielsweise drei unterschiedliche Übersetzungen bereitstellt, für deren Nutzung jedoch in der Praxis mindestens zwei Schaltmittel benötigt würden. Im Hinblick auf den begrenzten Bauraum und das zu verringernde Gewicht mag es auf den ersten Blick der Intuition widersprechen, inhärent vorhandene Übersetzungen ungenutzt zu lassen. Die Erfinder haben jedoch festgestellt, dass die Beschränkung auf zwei Schaltzustände für jedes vollständige bzw. erweiterte Planetengetriebe weitere Freiheitsgrade im Design der Nabenschaltung eröffnet, die es gestatten, zu einer vergleichsweise großen Gangzahl, einer sehr gleichmä- ßigen Verteilung der Übersetzungsverhältnisse und einer größeren Getriebespreizung zu gelangen, als dies im Stand der Technik bisher erreicht wurde. Darüber hinaus ist es dabei sogar möglich, eine vergleichsweise große Anzahl von Gleichteilen in den unterschiedlichen vollständigen bzw. erweiterten Planetengetrieben zu verwenden, was die Herstellungskosten verringert. Note that with the approach chosen here in the planetary gearboxes inherently existing translations can be unused, since a complete planetary gear provides, for example, three different translations, but in practice at least two switching means would be needed. In view of the limited installation space and the weight to be reduced, it may at first glance seem to contradict the intuition of leaving existing translations unused. The inventors have found, however, that the limitation to two switching states for each full or extended planetary gear opens up further degrees of freedom in the design of the hub gear, allowing for a comparatively large number of gears, a very even distribution of gear ratios and a larger gear spread reach, as has been achieved in the prior art. Moreover, it is even possible to use a comparatively large number of identical parts in the different complete or extended planetary gears, which reduces the manufacturing cost.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner gelöst durch eine Nabenschaltung für ein Fahrrad, umfassend eine Anzahl von auf einer Zentralachse angeordneten, miteinander gekoppelten Planetengetrieben, sowie eine Anzahl von an der Zentralachse angeordneten Schaltmitteln zum reversiblen Sperren und/oder Hemmen einzelner Planetengetriebekomponenten. Die Planetengetriebe sind hierbei derart miteinander gekoppelt, dass das Verhältnis der Übersetzung des niedrigsten Ganges zur Übersetzung des höchsten Ganges mehr als 5,40 beträgt. The object of the invention is further achieved by a hub gear for a bicycle, comprising a number of arranged on a central axis, coupled planetary gears, and a number of arranged on the central axis switching means for reversibly locking and / or inhibiting individual planetary gear components. The planetary gears are in this case coupled together such that the ratio of the ratio of the lowest gear to the translation of the highest gear is more than 5.40.
Die Erfindung erkennt hierbei, dass durch die mechanische Kopplung von Planetengetrieben eine hohe Getriebespreizung ermöglicht werden kann. Durch ein Übersetzungsverhält- nis zwischen dem niedrigsten Gang und dem höchsten Gang, welches in einem Bereich oberhalb von 5,40 liegt, wird ein komfortables Fahren sowohl bei steilen Steigungen als auch bei hohen Geschwindigkeiten ermöglicht. _ . The invention recognizes that a high gear spread can be made possible by the mechanical coupling of planetary gears. A ratio between the lowest gear and the highest gear, which is in the range above 5.40, enables comfortable driving on steep inclines as well as high speeds. _.
Die Übersetzung eines Getriebes beschreibt grundsätzlich das Verhältnis zwischen der Abtriebsdrehzahl und der Antriebsdrehzahl. Die Übersetzung bei Fahrradnabenschaltungen ergibt sich hierbei aus dem Verhältnis der Zähnezahlen und Durchmesser der miteinander gekoppelten Planetengetriebe. Eine hohe bzw. lange Übersetzung eignet sich hierbei insbe- sondere zum Erreichen einer hohen Endgeschwindigkeit, wohingegen sich eine kleine bzw. kurze Übersetzung für die Gängigkeit in unwegsamem Gelände bzw. bei steilen Anstiegen eignet. The translation of a transmission basically describes the relationship between the output speed and the input speed. The translation in bicycle hub gears results from the ratio of the number of teeth and diameter of the coupled planetary gear. A high or long gear ratio is particularly suitable here for achieving a high final speed, whereas a small or short gear ratio is suitable for driving in rough terrain or on steep climbs.
In der technischen Literatur ist es hierzu üblich, die Getriebespreizung, also das Verhältnis der Übersetzung des niedrigsten Ganges zur Übersetzung des höchsten Ganges, in % anzugeben. Die prozentuale Angabe der Getriebespreizung bezeichnet dabei die Übersetzung des höchsten Ganges als prozentualen Anteil der Übersetzung des niedrigsten Ganges. In the technical literature, it is customary for this purpose to specify the transmission spread, ie the ratio of the ratio of the lowest gear to the gear ratio of the highest gear, in%. The percentage indication of the gear spread designates the translation of the highest gear as a percentage of the translation of the lowest gear.
Die gewünschte Getriebespreizung, also das Übersetzungsverhältnis zwischen dem höchs- ten und dem niedrigsten Gang, ist durch die Kopplung mehrerer Planetengetriebe bzw. einzelner Planetengetriebekomponenten erreicht. Ein Planetengetriebe ermöglicht als kompaktes Zahnradgetriebe eine im Verhältnis zu anderen Getriebebauarten große Leistungsdichte und eine hohe Drehmomentübertragung bei kleinstem Bauraum. Gleichzeitig erfüllt ein Planetengetriebe die Anforderungen an ein möglichst geringes Konstruktions- bzw. Getriebegewicht. Hierbei kann das Planetengetriebe je nach gefordertem Über- oder Untersetzungsverhältnis mit einer oder mehreren Planetenradstufen ausgebildet sein, so dass die gewünschte Anzahl an Gängen erreicht werden kann. The desired gear spread, ie the gear ratio between the highest and the lowest gear, is achieved by the coupling of several planetary gear or individual planetary gear components. As a compact gear transmission, a planetary gearing makes it possible to achieve a high power density in relation to other types of gearing and high torque transmission in the smallest possible space. At the same time a planetary gear meets the requirements for the lowest possible construction or transmission weight. Here, the planetary gear may be formed depending on the required transmission or reduction ratio with one or more planetary gear, so that the desired number of gears can be achieved.
Eine einfache Form eines Planetengetriebes umfasst als Planetengetriebekomponenten ein Sonnenrad, einen an einem Planetenträger angeordneten Planentenradsatz mit einer Anzahl Planetenräder und/oder ein Hohlrad. Das Sonnenrad ist hierbei über die Planetenräder mit dem innenverzahnten Hohlrad formschlüssig verbunden, wobei die Planetenräder durch die Innenverzahnung des Hohlrades kompakt und platzsparend angeordnet werden können. Die Planetenräder sind zweclcmäßigerweise an einem Planetenträger angeordnet, wobei sie beispielsweise in einer Ebene am Innenumfang des Hohlrads oder auf einer Achse benachbart als gestufte Planeten angeordnet sein können. _ A simple form of a planetary gear comprises, as planetary gear components, a sun gear, a planetary gear set arranged on a planet carrier and having a number of planet gears and / or a ring gear. The sun gear is in this case positively connected via the planet gears with the internally toothed ring gear, wherein the planetary gears can be arranged by the internal toothing of the ring gear compact and space-saving. The planetary gears are preferably arranged on a planet carrier, wherein they may be arranged, for example, in a plane adjacent to the inner periphery of the ring gear or on an axis as stepped planets. _
Als„Planetengetriebe" wird in der vorliegenden Beschreibung jede Kopplung eines Satzes von Planetenrädern mit einem Sonnenrad bezeichnet. Zur Unterscheidung hiervon wird als „vollständiges Planetengetriebe" ein Getriebe verstanden, welches neben einem Sonnenrad und einem Satz Planetenräder auch ein Hohlrad umfasst. Schließlich wird unter dem Be- griff eines„erweiterten Planetengetriebes" in der vorliegenden Offenbarung ein Getriebe verstanden, welches zwei Sonnenräder, ein Hohlrad und einen Satz gestufter Planetenräder umfasst, die jeweils einen ersten und einen zweiten Planetenradabschnitt unterschiedlichen Durchmessers haben, welche drehfest miteinander verbunden sind und von denen der erste Planetenradabschnitt mit dem ersten Sonnenrad und der zweite Planetenradabschnitt mit dem zweiten Sonnenrad kämmt. Dies wird unten anhand zweier eines Ausfuhrungsbeispiele deutlicher. In the present description, "planetary gearboxes" are any coupling of a set of planetary gears with a sun gear, to distinguish them as a "complete planetary gearbox", which in addition to a sun gear and a planetary gear set also comprises a ring gear. Finally, the term "extended planetary gear" in the present disclosure means a transmission comprising two sun gears, a ring gear and a set of stepped planetary gears each having first and second planetary gear portions of different diameters rotatably connected to each other and of which the first planetary gear portion is meshed with the first sun gear and the second planetary gear portion is meshed with the second sun gear, as will become apparent below with reference to two of an exemplary embodiment.
Die Planetengetriebe sind insbesondere an einer Zentralachse angeordnet, welche als eine Hohlachse oder Hohlwelle ausgebildet sein kann. Die Zentralachse ist im eingebauten Zustand innerhalb einer Nabe zweckmäßigerweise sowohl antriebs- als auch abtriebsseitig gelagert. Auf der Zentralachse sind die Planetengetriebe vorzugsweise axial benachbart angeordnet. In der Zentralachse ist insbesondere eine Welle zum Betätigen der in der Nabenschaltung eingesetzten Schaltmittel positioniert. Die Schaltmittel können über eine Bewegung dieser Welle betätigt werden und ermöglichen so das Einlegen verschiedener Gänge durch ein Sperren und/oder Hemmen einzelner Planetengetriebekomponenten. Die Schaltmittel können je nach Anforderung beispielsweise als eine Kupplung oder als eine Bremse ausgebildet sein.  The planetary gears are arranged in particular on a central axis, which may be formed as a hollow axle or hollow shaft. The central axis is mounted in the installed state within a hub expediently both drive and driven side. On the central axis, the planetary gear are preferably arranged axially adjacent. In particular, a shaft for actuating the switching means used in the hub gear is positioned in the central axis. The switching means can be actuated by a movement of this shaft and thus enable the insertion of various gears by blocking and / or inhibiting individual planetary gear components. The switching means can be designed, for example, as a clutch or as a brake, depending on the requirement.
Die Nabenschaltung selbst ist im eingebauten Zustand innerhalb eines Nabengehäuses der Fahrradnabe angeordnet. Das Nabengehäuse dient dem Schutz des Getriebes vor Schmutz und Feuchtigkeit und gewährleistet zusätzlich eine dauerhafte Schmierung der Planetengetriebekomponenten. Zusätzlich zu den Planetengetrieben können in das Nabengehäuse mit geringem konstruktivem Aufwand weitere Aggregate wie eine Rücktrittbremse, ein Nabendynamo oder Ähnliches integriert werden. Dies bietet zum einen den Vorteil der Reduzierung der Komponentenanzahl am Fahrrad, zum anderen werden diese genau wie die Mechanik des Getriebes durch die Kapselung vor Wasser und Schmutz geschützt. The hub gear itself is arranged in the installed state within a hub shell of the bicycle hub. The hub shell protects the gear from dirt and moisture and also ensures permanent lubrication of the planetary gear components. In addition to the planetary gearboxes, further units such as a coaster brake, a hub dynamo or the like can be integrated into the hub shell with little design effort. This offers on the one hand the advantage of reducing the number of components on the bike, on the other hand, these are protected just like the mechanics of the transmission by the encapsulation of water and dirt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind als Planetengetriebekomponenten Planetenradsätze umfasst, von denen wenigstens zwei mit Gleichteilen ausgebildet sind. . . In an advantageous embodiment of the invention are planetary gear sets as planetary gear components, of which at least two are formed with identical parts. , ,
Insbesondere sind damit die Planetenräder von wenigstens zwei Planetenradsätzen als Gleichteile mit der gleichen Umfangsverzahnung ausgebildet. Auch die Planetenradträger können hierbei als Gleichteile ausgebildet sein. Durch einen hohen Grad an Gleichteilen, also eine Mehrzahl identischer Bauteilen, kann der Fertigungsaufwand für eine Naben- Schaltung verringert und so Kosten gespart werden. Auf diese Weise kann mit einer möglichst geringen Anzahl an Planetengetriebekomponenten ein verbesserter Fahrkomfort bei gleichzeitig möglichst hoher Ganganzahl umgesetzt werden. In particular, the planet gears of at least two planetary gear sets are therefore designed as identical parts with the same circumferential toothing. The planet carrier can also be designed as a common part. By a high degree of identical parts, ie a plurality of identical components, the production costs for a hub circuit can be reduced and costs can be saved. In this way, with the least possible number of planetary gear components improved ride comfort can be implemented with the highest possible number of gears at the same time.
Vorzugsweise sind als Planetengetriebekomponenten Hohlräder umfasst, die zumindest teilweise als Gleichteile mit der gleichen Umfangsverzahnung ausgebildet sind. Wie auch bei den als Gleichteilen ausgeführten Planetenrädern kann durch identische Ausgestaltung der Hohlräder eine kostengünstige Bereitstellung eines Planetengetriebes ermöglicht werden. Vorzugsweise sind als Planetengetriebekomponenten Sonnenräder umfasst, die zumindest teilweise als Gleichteile mit der gleichen Umfangsverzahnung ausgebildet sind. So kann ebenfalls eine materialsparende und kostengünstige Konstruktion der Nabenschaltung umgesetzt wird. Insgesamt ist die Nabenschaltung durch eine Vielzahl von Gleichteilen bei Planetenradsätzen, Hohlrädern und Sonnenrädern hinsichtlich ihrer prinzipiellen Baubarkeit und ihrer Komplexität gegenüber bislang gängigen Schaltungen vereinfacht und bietet einen verbesserten Fahrkomfort bei zumindest gleichbleibender und insbesondere erhöhter Ganganzahl. So kann durch die Kopplung der jeweiligen Planetengetriebe neben einer 14-Gang- Nabenschaltung mit einer Getriebespreizung von etwa 5,45 insbesondere eine 16-Gang- Nabenschaltung mit einer Getriebespreizung von etwa 6,39 bereitgestellt werden. Preferably, as planetary gear components, ring gears are included, which are at least partially formed as identical parts with the same circumferential toothing. As with the planetary gears designed as identical parts, a cost-effective provision of a planetary gear can be made possible by identical configuration of the ring gears. Preferably, planetary gear components include sun gears that are at least partially formed as identical parts with the same circumferential toothing. Thus, a material-saving and cost-effective design of the hub gear is also implemented. Overall, the hub gear is simplified by a variety of common parts in planetary gear sets, ring gears and sun gears in terms of their basic buildability and complexity compared to previously common circuits and offers improved ride comfort with at least constant and especially increased number of gears. Thus, by coupling the respective planetary gear in addition to a 14-speed hub gear with a gear spread of about 5.45 in particular a 16-speed hub gear with a gear spread of about 6.39 can be provided.
Die Anzahl der Gleichteile der in der Nabenschaltung eingesetzten Planetenradkomponen- ten ist hierbei nicht auf lediglich jeweils zwei Gleichteile beschränkt, sondern kann zweckmäßigerweise an die Gesamtauslegung der Nabenschaltung angepasst werden. The number of identical parts of the Planetenradkomponen- used in the hub gear is hereby not limited to only two equal parts, but can be suitably adapted to the overall design of the hub gear.
Vorzugsweise sind die Planetenräder von zwei oder mehreren Planetengetrieben miteinander gekoppelt. Durch eine solche Kopplung, die beispielsweise über einen gemeinsamen - - Preferably, the planet gears of two or more planetary gears are coupled together. By such a coupling, for example, via a common - -
Planetenträger, ein gemeinsames Hohlrad oder ein gemeinsames Sonnenrad erfolgen kann, kann bei kleinem Bauraum mit wenigen Teilen eine hohe Übersetzung bei einer zugleich hohen mechanischen Stabilität erreicht werden. Besonders bevorzugt sind zwei oder mehrere der Planetengetriebe über als gestufte Planetenräder ausgebildete Planetenräder gekoppelt. Ein gestuft ausgeführtes Planetenrad zeichnet sich insbesondere durch die Möglichkeit der Übersetzungsänderung bei geringem radialem Bauraum aus. Grundsätzlich kann ein gestuftes Planetenrad aus mehreren Teilrädern mit unterschiedlichen Verzahnungen und/ oder Durchmessern gefertigt sein. Die Teilräder eines gestuften Planetenrades können hierbei beispielsweise drehfest miteinander verbunden auf einer Achse angeordnet sein. Alternativ kann der gestufte Planet auch einteilig gefertigt sein. Die Anzahl der Teilplaneten ist hierbei abhängig von der Anordnung innerhalb des Planetengetriebes. So können die Planetenräder beispielsweise als sogenannte gestufte Doppelplanetenräder oder auch als mehrfach gestufte Planetenräder ausgebildet sein. Planet carrier, a common ring gear or a common sun can be done in a small space with a few parts high translation can be achieved with a high mechanical stability at the same time. Particularly preferably, two or more of the planetary gear are coupled via planet gears designed as stepped planetary gears. A stepped planetary gear is characterized in particular by the possibility of translation change with little radial space. In principle, a stepped planetary gear can be manufactured from a plurality of partial wheels with different toothings and / or diameters. The partial gears of a stepped planetary gear can in this case, for example, rotatably connected to each other be arranged on an axis. Alternatively, the stepped planet can also be made in one piece. The number of subplanes is dependent on the arrangement within the planetary gear. Thus, the planet gears may be formed, for example, as so-called stepped double planet wheels or as multi-stepped planetary gears.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind zwei oder mehrere der Planetengetriebe über einen gemeinsamen Planetenträger gekoppelt, wodurch das Gesamtgewicht der resultierenden Nabenschaltung gering gehalten werden kann. Die Planetenräder der jeweils miteinander zu koppelnden Planetengetriebe sind hierzu an einem gemeinsamen Planetenträger angeordnet, so dass die Drehzahl eines Planetenradsatzes über den Planetenträger direkt auf einen benachbarten Planetenradsatz übertragen wird. In a preferred embodiment of the invention, two or more of the planetary gear are coupled via a common planet carrier, whereby the total weight of the resulting hub circuit can be kept low. The planet gears of each to be coupled together planetary gear are arranged on a common planet carrier, so that the rotational speed of a planetary gear is transmitted via the planet carrier directly to an adjacent planetary gear.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zwei oder mehrere der Pla- netengetriebe über ein gemeinsames Hohlrad gekoppelt. Die Kopplung erfolgt Werbei über die Planetenradsätze mehrerer Planetengetriebe. Planetenräder einander benachbarter Planetenradsätze kämmen hierbei mit dem gleichen Hohlrad. Durch eine derartige Ausgestaltung kann die Anzahl der Bauteile innerhalb der Nabenschaltung und damit die Material- und Herstellungskosten ebenso wie der Montageaufwand verringert werden. Das Hohlrad kann hierbei über seine axiale Breite mit einer einheitlichen durchgehenden Umfangsver- zahnung ausgebildet sein. Alternativ kann das Hohlrad aber auch eine über seine axiale Breite geteilte Umfangsverzahnung aufweisen. Hierbei kämmen die eingesetzten Planetenräder jeweils mit einer der sich unterscheidenden Teil Verzahnungen des Hohlrades. - - In a further advantageous embodiment of the invention, two or more of the planetary gear are coupled via a common ring gear. The coupling is done Werbei on the planetary gear sets of several planetary gear. Planet wheels of adjacent planetary gears mesh with the same ring gear. Such a configuration, the number of components within the hub circuit and thus the material and manufacturing costs as well as the assembly costs can be reduced. The ring gear can be formed over its axial width with a uniform continuous circumferential toothing. Alternatively, however, the ring gear can also have a divided over its axial width peripheral teeth. Here, the planetary gears used in each case mesh with one of the differing part gears of the ring gear. - -
Weiter vorteilhaft sind zwei oder mehrere der Planetengetriebe über ein gemeinsames Sonnenrad gekoppelt. Die Kopplung kann beispielsweise derart erfolgen, dass ein Planetenrad mit zwei oder mehreren Sonnenrädern voneinander benachbarter Planetengetriebe kämmt. Auch bei einer solchen Ausgestaltung wird nur ein geringer radialer Bauraum benötigt. Auch das Sonnenrad kann über seine axiale Breite eine geteilte Umfangsverzah- nung aufweisen, wobei die mit dem Sonnenrad kämmenden Umfangsverzahnungen jeweils mit einer der Teilverzahnungen des Sonnenrades in Eingriff stehen. Insgesamt führt die Verwendung von gestuften Planetenrädern sowie von gemeinsamen Planetenträgern, Sonnenrädern und/oder Hohlrädern zu Einsparungen bei der Herstellung ebenso wie zu einer vereinfachten Montage. Auch das Gewicht und der benötigte Bauraum für die Nabenschaltungen können gering gehalten werden. Vorzugsweise werden die gekoppelten Planetengetriebe antriebsseitig über ein Hohlrad angetrieben. Die während des Fahrens vom Fahrer eingebrachte Trittleistung wird so über das Hohlrad in das erste Planetengetriebe eingekoppelt und wird von dort aus über die weiteren Planetengetriebe bis hin zur Abtriebsseite überragen. Die abtriebsseitige Auskopplung erfolgt bevorzugt über einen Planetenträger. Further advantageously, two or more of the planetary gear are coupled via a common sun gear. The coupling can for example be such that a planetary gear meshes with two or more sun gears of adjacent planetary gear. Even with such a configuration only a small radial space is needed. The sun gear may also have a divided peripheral toothing over its axial width, wherein the peripheral toothings meshing with the sun gear are in each case in engagement with one of the partial toothings of the sun gear. Overall, the use of stepped planet gears and common planet carriers, sun gears and / or ring gears leads to savings in manufacturing as well as a simplified assembly. The weight and the required space for the hub gears can be kept low. Preferably, the coupled planetary gear are driven on the drive side via a ring gear. The pedaling power introduced by the driver during driving is thus coupled into the first planetary gear via the ring gear and from there overhanging beyond the further planetary gears up to the output side. The output-side decoupling preferably takes place via a planet carrier.
In einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung ist das oder jedes Schaltmittel als eine Schaltkupplung oder als eine Bremse ausgebildet. Durch die Schaltmittel wird das Einlegen gewünschter Gänge ermöglicht. Hierbei ist die Anzahl und Art der Schaltmittel, welche zum Realisieren der einzelnen Gänge nötig sind, für den Konstruktions- und Fertigungsaufwand von großer Bedeutung. Durch die Schaltmittel werden einzelne der Komponenten eines Planetengetriebes schaltbar gegenüber der Zentralachse blockiert, gekuppelt, gekoppelt und/oder gebremst und entsprechend entsperrt, entkuppelt, entkoppelt und/oder gelöst. Zweckmäßigerweise ist eine Anzahl von Freiläufen umfasst, über welche eine Anzahl von Planetengetriebekomponenten mit der Zentralachse gekoppelt ist. Durch eine spezifische Kopplung über die Freiläufe sind verschiedene Übersetzungen in der Nabenschaltung realisierbar, da die Planetengetriebekomponenten wechselweise gegenüber der Zentralachse freilaufen können. _ 1 Q _ 73170 In a further advantageous embodiment, the or each switching means is designed as a clutch or as a brake. By the switching means the insertion of desired gears is possible. Here, the number and type of switching means, which are necessary to realize the individual gears, for the construction and production costs of great importance. By means of the switching means, each of the components of a planetary gear shiftable from the central axis are blocked, coupled, coupled and / or braked and unlocked accordingly, decoupled, decoupled and / or dissolved. Conveniently, a number of freewheels are included, over which a number of planetary gear components is coupled to the central axis. By a specific coupling on the freewheels different translations in the hub gear can be realized because the planetary gear components can alternately free from the central axis. _ 1 Q _ 73170
Vorzugsweise ist die Kopplung der Planetengetriebe derart ausgestaltet, dass die Gangsprünge zwischen zwei jeweils benachbarten Gängen möglichst im gesamten Getriebe in einem Bereich zwischen 12 % und 15 % liegen. Ein Gangsprung gibt an, wie sich das Übersetzungsverhältnis zwischen zwei benachbarten Gängen ändert. Ein Gangsprung ist durch den prozentualen Zuwachs der Übersetzung bei einem Wechsel eines höheren Ganges zum benachbarten niedrigeren Gang gegeben. Durch eine gleichmäßige Gangabfolge bzw. durch gleichmäßige Gangsprünge über die gesamte Gangabfolge einer Nabenschaltung wird dem Fahrer ein komfortables Fahrgefühl vermittelt. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen: einen schematischen Aufbau einer 14-Gang Nabenschaltung für ein Fahrrad mit fünf Planetengetrieben, Preferably, the coupling of the planetary gear is designed such that the gear jumps between two adjacent courses are possible in the entire transmission in a range between 12% and 15%. A gear jump indicates how the gear ratio between two adjacent gears changes. A gear jump is given by the percentage increase in gear ratio when changing from a higher gear to the adjacent lower gear. By a uniform sequence of gears or by uniform gear jumps over the entire gear sequence of a hub gear the driver is given a comfortable driving experience. In the following, embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. It shows a schematic structure of a 14-speed hub gear for a bicycle with five planetary gears,
Fig. 2 eine tabellarische Auflistung der Zähnezahlen der jeweiligen Umfangsver- zahnungen der Planetenradkomponenten der 14-Gang Nabenschaltung gemäß Fig.l, 2 shows a tabular listing of the numbers of teeth of the respective circumferential toothings of the planetary gear components of the 14-gear hub gear according to FIG.
Fig. 3 ein Schaltschema für die 14-Gang Nabenschaltung gemäß den Fig. 1 und 2, Fig. 4 einen schematischen Aufbau einer 16-Gang Nabenschaltung für ein Fahrrad mit sechs Planetengetriebe, 3 is a circuit diagram for the 14-speed hub gear according to FIGS. 1 and 2, FIG. 4 is a schematic structure of a 16-speed hub gear for a bicycle with six planetary gears,
Fig. 5 eine tabellarische Auflistung der Zähnezahlen der jeweiligen Umfangsver- zahnungen der Planetenradkomponenten der 16-Gang Nabenschaltung ge- mäß Fig.4, sowie 5 shows a tabular listing of the numbers of teeth of the respective circumferential toothings of the planetary gear components of the 16-gear hub gear according to FIG
Fig. 6 ein Schaltschema für die 16-Gang Nabenschaltung gemäß den Fig. 4 und 5. 6 is a circuit diagram for the 16-speed hub circuit according to FIGS. 4 and 5.
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau einer 14-Gang Nabenschaltung 1 für ein Fahrrad. Die Nabenschaltung 1 erreicht durch die Kopplung von fünf Planetengetrieben 3, 5, 7, 9, 1 1 bei 14 Gängen eine Gesamtspreizung (Verhältnis der Übersetzung des niedrigsten Ganges zur Übersetzung des höchsten Ganges) von 5,45. Die Gesamtspreizung von 5,45 ergibt sich hierbei aus dem Verhältnis der Übersetzung des 1. Gangs zur Übersetzung des 14. _ _ Fig. 1 shows the schematic structure of a 14-speed hub gear 1 for a bicycle. The hub gear 1 achieved by the coupling of five planetary gears 3, 5, 7, 9, 1 1 at 14 gears a total spread (ratio of the ratio of the lowest gear to the translation of the highest gear) of 5.45. The total spread of 5.45 results from the ratio of the translation of the 1st gear to the translation of the 14th. _ _
Gang. Zwischen dem 1. Gang und dem 14. Gang liegen die Gangsprünge, also das jeweilige Verhältnis der Übersetzung eines Ganges zum nächsten Gang, gleichmäßig im Bereich zwischen 12 % und 15%. Die beiden zusätzlich in Tabelle 81 benannten Gänge 0 und 15 sind optional schaltbar und weisen als Endgänge höhere Gangsprünge von etwa 30 % zu den jeweils benachbarten Gängen auf. Der 0. Gang eignet sich hierbei für extreme Steigungen, der 15. Gang ermöglicht das Erreichen hoher Geschwindigkeiten. Eine solche Nabenschaltung 1 ermöglicht einen hohen Fahrkomfort bei gleichzeitig hoher Ganganzahl. Corridor. Between the first gear and the 14th gear, the gear jumps, ie the respective ratio of the gear ratio of one gear to the next gear, are evenly in the range between 12% and 15%. The two additionally designated in Table 81 gears 0 and 15 are optional switchable and have as end gears higher gear jumps of about 30% to the respective adjacent aisles. The 0th gear is suitable for extreme climbs, the 15th gear allows the achievement of high speeds. Such a hub gear 1 allows a high ride comfort with a high number of gears.
Hinsichtlich der Bezeichnung der Planetengetriebe 3, 5, 7, 9, 1 1 ist zu berücksichtigen, dass vorliegend jede Kopplung eines Planetenrades mit einem Sonnenrad als ein separates Planetengetriebe 3, 5, 7, 9, 11 betrachtet wird. Unter diesen„Planetengetrieben" im weitesten Sinne werden jedoch nur solche als„vollständige Planetengetriebe" bezeichnet, die ein Sonnenrad, einen Satz Planetenräder und ein Hohlrad umfassen. Somit sind die Planetengetriebe 3, 5 und 1 1„vollständige Planetengetriebe". Die Planetengetriebe 7 und 9 bilden gemeinsam ein„erweitertes Planetengetriebe". Der erste Abschnitt dieses„erweiterten Planetengetriebes" wird durch das Planetengetriebe 7 gebildet, welches an sich ein„vollständiges Planetengetriebe" bildet, da es ein Sonnenrad 53, einen Satz Planetenräder 43 und ein Hohlrad 45 enthält. Der zweite Abschnitt des„erweiterten Planetengetriebes" wird durch das Planetengetriebe 9 gebildet, welches lediglich ein Sonnenrad 55 und einen Satz Planetenräder 49 umfasst. Dabei sind die Planetenräder 43 und 49 Abschnitte jeweils ein- und desselben gestuften Planetenrades 47. Diese Konstruktion wird im Folgenden als„erweitertes Planetengetriebe" bezeichnet. With regard to the designation of the planetary gear 3, 5, 7, 9, 1 1 is to be considered that in the present case, each coupling of a planetary gear with a sun gear as a separate planetary gear 3, 5, 7, 9, 11 is considered. However, among these "planetary gears" in the broadest sense, only those are referred to as "complete planetary gear" comprising a sun gear, a set planetary gears and a ring gear. Thus, the planetary gears 3, 5 and 11 are "complete planetary gears." The planet gears 7 and 9 together form an "extended planetary gear". The first portion of this "extended planetary gear" is formed by the planetary gear 7, which in itself forms a "complete planetary gear", since it contains a sun gear 53, a set of planet gears 43 and a ring gear 45. The second section of the "extended planetary gear" is formed by the planetary gear 9, which comprises only a sun gear 55 and a set of planetary gears 49. The planet gears 43 and 49 are sections of one and the same stepped planetary gear 47. This construction will be referred to as "Extended planetary gear" called.
Die Planetengetriebe 3, 5, 7, 9, 11 sind axial benachbart auf einer schematisch angedeuteten Zentralachse 13 angeordnet. An der Zentralachse 13 sind weiterhin vier als Kupplungen ausgebildete Schaltmittel 15, 17, 19, 21 sowie vier Freiläufe 23, 25, 27, 29 angeordnet, wodurch ein Schalten der gewünschten Gänge durch ein entsprechendes Sperren und/oder Hemmen einzelner Planetengetriebekomponenten ermöglicht ist. The planetary gear 3, 5, 7, 9, 11 are arranged axially adjacent to a schematically indicated central axis 13. On the central axis 13 further designed as clutches switching means 15, 17, 19, 21 and four freewheels 23, 25, 27, 29 are arranged, whereby a switching of the desired gears is made possible by a corresponding locking and / or inhibiting individual planetary gear components.
Das erste Planetengetriebe 3 besteht aus einem Hohlrad 31 , einem auf einem Planetenträger 33 angeordneten ersten Planetenrad 35 und einem Sonnenrad 37. Wie der Fachmann _ - verstehen wird, enthält das Planetengetriebe 3 nicht lediglich ein erstes Planetenrad 35, sondern eine Mehrzahl gleichartiger erster Planetenräder 35. Dieses Verständnis des Fachmannes vorausgesetzt wird jedoch im Folgenden der Einfachheit halber auf die Planetenräder im Singular Bezug genommen. Das Hohlrad 31 wird von außen angetrieben und kämmt über seine Innenverzahnung mit dem Planetenrad 35. Das Planetenrad 35 wiederum kämmt mit dem Sonnenrad 37, welches über einen ersten Freilauf 23 auf der Zentralachse 13 angeordnet ist. Der Planetenträger 33 ist mit der ersten Kupplung 15 verbunden und kann über diese gegenüber der Zentralachse 13 gesperrt werden. Das zweite Planetenrad 39 des zweiten Planetengetriebes 5 ist über den Planetenträger 33 mit dem ersten Planetengetriebe 3 gekoppelt. Das zweite Planetenrad 39 kämmt wiederum mit dem Sonnenrad 41 des zweiten Planetengetriebes 5. Über die Kupplung 17 kann hierbei das Sonnenrad 41 an der Zentralachse 13 festgesetzt werden. Weiterhin ist am Planetenträger 33 ein zweiter Freilauf 25 angeordnet, über den der Planetenträger 33 mit dem Sonnenrad 41 gekoppelt ist. The first planetary gear 3 consists of a ring gear 31, arranged on a planet carrier 33 first planetary gear 35 and a sun gear 37. As the expert The planetary gear 3 will not only comprise a first planetary gear 35, but a plurality of similar first planetary gears 35. However, this understanding of those skilled in the art will be referred to in the following for the sake of simplicity on the planetary gears in the singular. The ring gear 31 is driven from the outside and meshes with its internal teeth with the planetary gear 35. The planetary gear 35 in turn meshes with the sun gear 37, which is arranged on the central axis 13 via a first freewheel 23. The planet carrier 33 is connected to the first clutch 15 and can be locked via this relative to the central axis 13. The second planetary gear 39 of the second planetary gear 5 is coupled via the planet carrier 33 with the first planetary gear 3. The second planetary gear 39 in turn meshes with the sun gear 41 of the second planetary gear 5. In this case, the sun gear 41 can be fixed to the central axis 13 via the coupling 17. Furthermore, a second freewheel 25 is arranged on the planet carrier 33, via which the planet carrier 33 is coupled to the sun gear 41.
Das Planetenrad 39 des zweiten Planetengetriebes 5 und das Planetenrad 43 des dritten Planetengetriebes 7 sind vorliegend über ein gemeinsames zweites Hohlrad 45 miteinander gekoppelt. Das Hohlrad 45 ist über seine gesamte axiale Breite mit der gleichen Um- fangsverzahnung ausgebildet. Durch die Verwendung eines gemeinsamen Hohlrads 45 kann die Anzahl der Bauteile bei der Herstellung der Nabenschaltung 1 verringert werden. The planetary gear 39 of the second planetary gear 5 and the planetary gear 43 of the third planetary gear 7 are in the present case coupled together via a common second ring gear 45. The ring gear 45 is formed over its entire axial width with the same circumferential toothing. By using a common ring gear 45, the number of components in the production of the hub circuit 1 can be reduced.
Das Planetenrad 43 des dritten Planetengetriebes 7 ist als ein zweifach gestuftes Doppelplanetenrad 47 ausgebildet. Das Doppelplanetenrad 47 kann einteilig gefertigt sein und weist neben dem Planetenrad 43 noch ein weiteres Planetenrad 49 auf. Das Planetenrad 49 ist vorliegend bereits dem vierten Planetengetriebe 9 zugehörig. Beide Planetenräder 43, 49 haben unterschiedliche Durchmesser und voneinander abweichende Zähnezahlen an ihrem Außenumfang. Hierdurch wird eine Übersetzungsänderung bei geringem radialem Bauraum erreicht. The planetary gear 43 of the third planetary gear 7 is formed as a double-stepped double planetary gear 47. The double planetary gear 47 may be made in one piece and has, in addition to the planetary gear 43, yet another planetary gear 49. In the present case, the planetary gear 49 is already associated with the fourth planetary gear 9. Both planetary gears 43, 49 have different diameters and divergent numbers of teeth on its outer periphery. As a result, a ratio change is achieved with little radial space.
Das Doppelplanetenrad 47 bzw. die beiden als Teilplanetenräder ausgebildeten Planetenräder 43, 49 sind an einem gemeinsamen zweiten Planetenradträger 51 angeordnet und kämmen jeweils mit einem Sonnenrad 53, 55. Das Sonnenrad 53 des dritten Planetenge- _ _ triebes 7 kann hierbei über die Schaltkupplung 19 an der Zentralachse 13 festgesetzt werden, wohingegen das Sonnenrad 55 des vierten Planetengetriebes 9 über den Freilauf 27 an die Zentralachse gekoppelt ist. Wie oben erwähnt, bilden das dritte Planetengetriebe 7 und das vierte Planetengetriebe 9 gemeinsam ein„erweitertes Planetengetriebe". The double planetary gear 47 or the two planetary gears 43, 49 designed as partial planet wheels are arranged on a common second planet carrier 51 and mesh with a sun gear 53, 55. The sun gear 53 of the third planetary gear 53 Drive 7 can in this case be fixed via the clutch 19 to the central axle 13, whereas the sun gear 55 of the fourth planetary gear 9 is coupled via the freewheel 27 to the central axle. As mentioned above, the third planetary gear 7 and the fourth planetary gear 9 together form an "extended planetary gear".
Die Drehzahl des zweiten Planetenträgers 51 wird über das fünfte Sonnenrad 57 in das fünfte Planetengetriebe 1 1 eingekoppelt. Hierzu kämmt das vom Planetenträger 51 angetriebene Sonnenrad 57 mit dem Planetenrad 59 des fünften Teilgetriebes 1 1. Das Planetenrad 59 ist auf einen dritten Planetenradträger 61 angeordnet, über den die Drehzahl ab- triebsseitig ausgekoppelt wird. Weiterhin kämmt das Planetenrad 59 mit einem vierten Hohlrad 63, welches seinerseits über einen weiteren Freilauf 29 mit der Zentralachse 12 verbunden ist. Das Sonnenrad 57 des fünften Planetengetriebes 11 ist zusätzlich über die Schaltkupplung 21 mit dem Planetenträger 51 gekoppelt. The speed of the second planetary carrier 51 is coupled via the fifth sun gear 57 in the fifth planetary gear 1 1. For this purpose, the sun gear 57 driven by the planetary carrier 51 meshes with the planetary gear 59 of the fifth partial transmission 1 1. The planetary gear 59 is arranged on a third planet carrier 61, via which the rotational speed is decoupled on the drive side. Furthermore, the planet gear 59 meshes with a fourth ring gear 63, which in turn is connected via a further freewheel 29 with the central axis 12. The sun gear 57 of the fifth planetary gear 11 is additionally coupled via the clutch 21 to the planet carrier 51.
In Fig. 2 ist eine Tabelle 71 gezeigt, die die jeweiligen Zähnezahlen der Umfangsverzah- nungen der Planetenradkomponenten der 14-Gang-Nabenschaltung gemäß Fig.l auflistet. Vorliegend haben die beiden Sonnenräder 41, 53 in Tabelle 71 dargestellt unter PG II und PG III, die gleiche Zähnezahl von jeweils 40 Zähnen. Auch die Planetenräder 39, 43 als Teil jeweils eines Planetenradsatzes haben mit jeweils 47 Zähnen die gleiche Zähnezahl (PG II und PG III). Die drei in der Nabenschaltung 1 eingesetzten Hohlräder 31, 45, 63 haben mit jeweils 134 Zähnen alle drei die gleiche Anzahl von Zähnen am Innenumfang.  FIG. 2 shows a table 71 which lists the respective numbers of teeth of the circumferential toothing of the planetary gear components of the 14-speed hub gear according to FIG. In the present case, the two sun gears 41, 53 shown in Table 71 under PG II and PG III, the same number of teeth of 40 teeth. The planetary gears 39, 43 as part of each planetary gear set have the same number of teeth (PG II and PG III) with 47 teeth each. The three used in the hub 1 ring gears 31, 45, 63, each with 134 teeth all three have the same number of teeth on the inner circumference.
Durch die Verwendung einer hohen Gleichteileanzahl innerhalb der Nabenschaltung 1 wird mit einem geringe baulichen Aufwand und niedrigen Herstellungskosten ein gewünscht hohe Übersetzungsverhältnis erreicht. Fig. 3 zeigt ein Schaltschema 81 für die 14-Gang-Nabenschaltung gemäß den Fig. 1 und 2. Mit den in Tabelle 71 (Fig. 2) aufgeführten Zähnezahlen lassen sich die im Schaltschema 81 angegebenen Übersetzungen bei den jeweils eingelegten Gängen realisieren. Die Kreuze in den Tabellen zeigen hierbei, welches Schaltmittel 15, 17, 19, 21 wirksam, also hemmt oder sperrt, bzw. welcher Freilauf 23, 25, 27, 29 genutzt ist. Ein Fehlen des Kreu- zes bedeutet entsprechend, dass das jeweilige Schaltmittel 15, 17, 19, 21 entsperrt bzw. gelöst bzw. der jeweilige Freilauf 23, 25, 27, 29 nicht genutzt ist. _ _ By using a high number of identical parts within the hub circuit 1 a desired high transmission ratio is achieved with a low structural complexity and low production costs. FIG. 3 shows a circuit diagram 81 for the 14-speed hub gear according to FIGS. 1 and 2. With the numbers of teeth listed in table 71 (FIG. 2), the gear ratios indicated in circuit diagram 81 can be implemented for the respective gears engaged. The crosses in the tables show which switching means 15, 17, 19, 21 is effective, ie inhibits or blocks, or which freewheel 23, 25, 27, 29 is used. A lack of the cross means correspondingly that the respective switching means 15, 17, 19, 21 are unlocked or released or the respective freewheel 23, 25, 27, 29 is not used. _ _
Dem Schaltschema 81 ist zu entnehmen, dass der Direktgang, bei welchem das Übersetzungsverhältnis 1 :1 ist, im 15. Gang vorliegt. Hierbei sind alle mit den Sonnenrädern 37, 41, 53, 57 gekoppelten Kupplungen 15, 17, 19, 21 geschaltet. Der 15. Gang, ebenso wie der O.Gang, ist vorliegend optional schaltbar. Werden beide Gänge zusätzlich geschaltet, handelt es sich um 16-Gang-Getriebe, wobei jedoch der Gangsprung zwischen dem 0. Gang und dem 1. Gang, ebenso wie der Gangsprung zwischen dem 14. Gang und dem 15. Gang bei jeweils etwa 30 % liegen. It can be seen from the circuit diagram 81 that the direct gear, in which the gear ratio is 1: 1, is in the 15th gear. Here, all coupled to the sun gears 37, 41, 53, 57 clutches 15, 17, 19, 21 are connected. The 15th gear, as well as the O.Gang, is here optional switchable. If both gears are additionally engaged, it is 16-speed gearbox, but the gear jump between the 0th gear and the 1st gear, as well as the gear jump between the 14th gear and the 15th gear at each about 30% lie.
In Fig. 4 ist ein schematischer Aufbau einer 16-Gang Nabenschaltung 91 für ein Fahrrad gezeigt. Die Nabenschaltung 91 erreicht durch die Kopplung von sechs Planetengetrieben 93, 95, 97, 99, 101, 103 bei 16 Gängen eine Gesamtspreizung von 6,39. Eine solche Nabenschaltung 91 ermöglicht einen hohen Fahrkomfort bei gegenüber gängigen Schaltungen erhöhter Ganganzahl. Man beachte jedoch, dass von den sechs„Planetengetrieben" jeweils zwei gemeinsam ein„erweitertes Planetengetriebe" bilden, nämlich die Planetengetriebe 93 und 95 sowie die Planetengetriebe 97 und 99. Die Planetengetriebe 101 und 103 sind hierbei„vollständige Planetengetriebe" im Sinne der vorliegenden Offenbarung. Mit anderen Worten besteht die Nabenschaltung 91 aus zwei„vollständigen Planetengetrieben" 101, 103 und zwei„erweiterten Planetengetrieben" 93/95, 97/99. Wie auch bei der Nebenschaltung 1 gemäß Fig. 1 sind die Planetengetriebe 93, 95, 97, 99, 101, 103 nebeneinander auf einer schematisch angedeuteten Zentralachse 105 angeordnet. Weiterhin sind an der Zentralachse 105 vier als Kupplungen ausgebildete Schaltmittel 107, 109, 1 1 1, 113 sowie vier Freiläufe 1 15, 1 17, 1 19, 121 zum Sperren und/oder Hemmen einzelner Planetengetriebekomponenten angeordnet. In Fig. 4, a schematic structure of a 16-speed hub gear 91 for a bicycle is shown. The hub gear 91 achieves a total spread of 6.39 by coupling six planetary gears 93, 95, 97, 99, 101, 103 at 16 gears. Such a hub gear 91 allows a high level of ride comfort compared to common circuits increased number of gears. Note, however, that of the six "planetary gears", two together form an "extended planetary gear", namely planetary gears 93 and 95 and planetary gears 97 and 99. Planetary gears 101 and 103 are "full planetary gears" in the sense of the present disclosure In other words, the hub gear 91 consists of two "complete planetary gears" 101, 103 and two "extended planetary gears" 93/95, 97/99. As with the sub-circuit 1 according to Fig. 1, the planetary gears 93, 95, 97, 99, 101, 103 arranged side by side on a schematically indicated central axis 105. Furthermore, on the central axis 105 four formed as clutches switching means 107, 109, 1 1 1, 113 and four freewheels 1 15, 1 17, 1 19, 121 for locking and / or inhibiting individual planetary gear components arranged.
Das erste Planetengetriebe 93 besteht aus einem Hohlrad 123, einem auf einem Planetenträger 125 angeordneten ersten Planetenrad 127 und einem Sonnenrad 129. Das Hohlrad 123 wird von außen angetrieben und kämmt über seine Innenverzahnung mit dem Planetenrad 127. Das Planetenrad 127 ist vorliegend Teil eines zweifach gestuften Doppelp lane- tenrades 129. Durch den Einsatz eines Doppelplanetenrades 129 wird die gewünschte Übersetzungsänderung bei geringem radialem Bauraum erreicht. Das Doppelplanetenrad 129 kann einteilig gefertigt sein und weist zusätzlich zum Planetenrad 127 ein weiteres _ _ The first planetary gear 93 consists of a ring gear 123, a planetary gear 125 arranged on a first planetary gear 127 and a sun gear 129. The ring gear 123 is driven from the outside and meshes with its internal teeth with the planetary gear 127. The planetary gear 127 is present part of a two-stepped Doppelp lane- tenrades 129. By using a double planetary gear 129, the desired ratio change is achieved in a small radial space. The double planetary gear 129 may be made in one piece and has in addition to the planetary gear 127 another _ _
Planetenrad 131 auf. Über die beiden Planetenräder 127, 131 wird das erste Planetengetriebe 93 mit dem zweiten Planetengetriebe 95 gekoppelt. Planet wheel 131 on. About the two planetary gears 127, 131, the first planetary gear 93 is coupled to the second planetary gear 95.
Die beiden Planetenräder 127, 131 des Doppelplanetenrades 129 haben unterschiedliche Durchmesser und weisen an ihrem Außenumfang voneinander abweichende Zähnezahlen auf. Das Planetenrad 127, welches den größeren Durchmesser und eine geringere Zähnezahl aufweist, kämmt mit dem ersten Sonnenrad 133, welches wiederum mit der ersten Kupplung 107 verbunden ist. Über die Kupplung 107 kann das Sonnenrad gegenüber der Zentralachse 105 festgesetzt bzw. gesperrt werden. Das Planetenrad 131 kämmt mit dem zweiten Sonnenrad 135 des zweiten Planetengetriebes 95. Das Sonnenradi 35 ist vorliegend über einen ersten Freilauf 115 an der Zentralachse 105 angeordnet. The two planet gears 127, 131 of the double planetary gear 129 have different diameters and have on their outer circumference divergent numbers of teeth. The planet gear 127, which has the larger diameter and a smaller number of teeth, meshes with the first sun gear 133, which in turn is connected to the first clutch 107. About the clutch 107, the sun gear relative to the central axis 105 can be set or locked. The planetary gear 131 meshes with the second sun gear 135 of the second planetary gear 95. The Sonnenradi 35 is presently arranged via a first freewheel 115 on the central axis 105.
Die Drehzahl des Planetenrads 131 als Teil des gestuften Doppelplanetenrades 129 wird über deren gemeinsamen Planetenradträger 125 in das dritte Planetengetriebe 97 und gleichermaßen in das vierte Planetengetriebe 99 eingekoppelt. Diese Kopplung wird durch das zweifach gestuften Doppelplanetenrads 139 erreicht. Das Doppelplanetenrad 139 kann ebenfalls einteilig gefertigt sein und besteht aus zwei Planetenrädern 141, 143 mit jeweils voneinander verschiedenen Durchmessern und Umfangsverzahnungen. Das Planetenrad 141 des gestuften Doppelplanetenrades 129 kämmt hierbei mit dem Sonnenrad 145 des dritten Planetengetriebes 97, wobei das Sonnenrad 145 über den zweiten Freilauf 117 mit der Zentralachse 105 verbunden ist. Das Planetenrad 143 kämmt dem Sonnenrad 147 des vierten Planetengetriebes 99. Das Sonnenrad 147 kann über die zweite Schaltkupplung 109 an der Zentralachse 105 festgesetzt werden. The speed of the planetary gear 131 as part of the stepped double planetary gear 129 is coupled via the common planet carrier 125 in the third planetary gear 97 and equally in the fourth planetary gear 99. This coupling is achieved by the double stepped double planetary gear 139. The double planetary gear 139 may also be made in one piece and consists of two planetary gears 141, 143, each with different diameters and circumferential teeth. The planetary gear 141 of the stepped double planetary gear 129 meshes with the sun gear 145 of the third planetary gear 97, wherein the sun gear 145 is connected via the second freewheel 117 with the central axis 105. The planetary gear 143 meshes with the sun gear 147 of the fourth planetary gear 99. The sun gear 147 can be fixed via the second clutch 109 to the central axis 105.
Weiterhin kämmt das Planetenrad 143 mit einem Hohlrad 149. Über dieses Hohlrad 149 ist das Planetenrad 143 des vierten Planetengetriebes 99 mit dem Planetenradi 51 des fünften Planetengetriebes 101 gekoppelt. Neben der erwünschten Kopplung werden durch den Einsatz eines gemeinsamen Hohlrades 149 die Anzahl der für die Nabenschaltung 91 benö- tigten Bauteile und damit die Material- und Herstellungskosten bei deren Fertigstellung verringert. _ . Furthermore, the planetary gear 143 meshes with a ring gear 149. About this ring gear 149, the planetary gear 143 of the fourth planetary gear 99 is coupled to the Planetenradi 51 of the fifth planetary gear 101. In addition to the desired coupling, the use of a common ring gear 149 reduces the number of components required for the hub gear 91 and thus the material and manufacturing costs when they are completed. _.
Das Planetenrad 151 kämmt weiterhin mit einem Sonnenrad 1 53, welches wiederum über einen weiteren Freilauf 1 19 auf der Zentralachse 105 angeordnet ist. Zusätzlich ist das Sonnenrad 153 über das als Kupplung ausgebildete dritte Schaltmittel 11 1 mit dem Planetenträger 155 des fünften Planetengetriebes 101 gekoppelt. Der Planetenträger 155 dient zusätzlich der Drehzahlübertragung vom fünften Planetengetriebe 101 auf das sechste Planetengetriebe 103 der Nabenschaltung 91. Hierzu ist der Planetenträger 155 mit dem Sonnenrad 157 des sechsten Planetengetriebes 103 verbunden. The planetary gear 151 further meshes with a sun gear 1 53, which in turn is arranged on the central axis 105 via a further freewheel 1 19. In addition, the sun gear 153 is coupled to the planetary carrier 155 of the fifth planetary gear 101 via the third switching means 11 1 designed as a clutch. The planet carrier 155 additionally serves to transmit the speed from the fifth planetary gear 101 to the sixth planetary gear 103 of the hub gear 91. For this purpose, the planet carrier 155 is connected to the sun gear 157 of the sixth planetary gear 103.
Das Sonnenrad 157 kämmt weiterhin mit dem sechsten Planetenrad 159, welches auf ei- nem weiteren Planetenträger 161 angeordnet ist. Das Planetenrad 159 selbst kämmt mit einem vierten Hohlrad 163, welches seinerseits über einen weiteren Freilauf 121 mit der Zentralachse 105 verbunden ist. Die Auskopplung der Drehzahl erfolgt abtriebsseitig über den dritten Planetenradträger 161. In Fig. 5 ist eine Tabelle 171 gezeigt, die die jeweiligen Zähnezahlen der Umfangsverzah- nungen der Planetenradkomponenten der 16-Gang-Nabenschaltung gemäß Fig.l auflistet. Vorliegend haben die beiden Sonnenräder 147, 153, in der Tabelle 171 unter PG IV und PG V aufgelistet, jeweils die gleiche Zähnezahl von 47 Zähnen. Auch die Planetenräder 127, 143, 151 (als PG I, PG IV und PG V in der Tabelle 171 gelistet) weisen mit jeweils 37 Zähnen die gleiche Umfangsverzahnung auf. Die Hohlräder 123, 139, 161 der Nabenschaltung 91 haben mit 134 Zähnen alle drei die gleiche Zähnezahl an Ihrem Innenumfang. The sun gear 157 continues to mesh with the sixth planetary gear 159, which is arranged on a further planet carrier 161. The planet gear 159 itself meshes with a fourth ring gear 163, which in turn is connected via a further freewheel 121 with the central axis 105. The decoupling of the rotational speed takes place on the output side via the third planet carrier 161. FIG. 5 shows a table 171 which lists the respective numbers of teeth of the peripheral teeth of the planetary gear components of the 16-gear hub transmission according to FIG. In the present case, the two sun gears 147, 153, listed in Table 171 under PG IV and PG V, each have the same number of teeth of 47 teeth. The planet wheels 127, 143, 151 (listed as PG I, PG IV and PG V in Table 171) have the same circumferential toothing, each with 37 teeth. The ring gears 123, 139, 161 of the hub gear 91 have all three teeth with the same number of teeth on their inner circumference with 134 teeth.
Auch bei der Nabenschaltung 91 wird durch die Verwendung einer hohen Anzahl Gleichteile mit einem geringen baulichen Aufwand und verringerten Herstellungskosten eine ge- wünscht hohe Übersetzung erreicht. Even with the hub gear 91, a desirably high gear ratio is achieved by using a large number of identical parts with a low outlay on construction and reduced production costs.
Fig. 6 zeigt ein Schaltschema 181 für die 16-Gang-Nabenschaltung gemäß den Fig. 4 und 5. Mit den in Tabelle 171 gemäß Fig. 5 gezeigten Zähnezahlen lassen sich die im Schaltschema 181 angegeben Übersetzungen bei den jeweils eingelegten Gängen realisieren. Wie bereits in der Beschreibung zu Fig. 3 erläutert, geben die Kreuze im Schaltschema 181 an, welches Schaltmittel 107, 109, 111, 114 wirksam, also gesperrt oder gehemmt ist, bzw. welcher Freilauf 1 15, 117, 1 19, 121 genutzt ist. Ein Fehlen des Kreuzes bedeutet entspre- . _ chend, dass das jeweilige Schaltmittel 107, 109, I I I, 114 entsperrt bzw. gelöst bzw. der entsprechende Freilauf 1 15, 1 17, 1 19, 121 nicht genutzt ist. FIG. 6 shows a circuit diagram 181 for the 16-speed hub gear according to FIGS. 4 and 5. With the numbers of teeth shown in table 171 according to FIG. 5, the gear ratios indicated in circuit diagram 181 can be realized at the respectively engaged gears. As already explained in the description of FIG. 3, the crosses in the circuit diagram 181 indicate which switching means 107, 109, 111, 114 are effective, ie blocked or inhibited, or which freewheel 15, 117, 119, 121 are used is. A lack of the cross means corresponding , _ chend that the respective switching means 107, 109, III, 114 unlocked or released or the corresponding freewheel 1 15, 1 17, 1 19, 121 is not used.
Dem Schaltschema 181 zeigt, dass der Direktgang bei der 16-Gang- Nabenschaltung wie auch bei der 14-Gang- Nabenschaltung im 15. Gang liegt. Auch hier sind entsprechend alle Kupplungen 107, 109, 1 1 1, 1 13 geschaltet, um eine Übersetzung von 1 zu erhalten. The shift pattern 181 shows that the direct gear in the 16-speed hub gear as well as the 14-speed hub gear is in 15th gear. Again, all couplings 107, 109, 1 1 1, 1 13 are connected accordingly to obtain a ratio of 1.
Beiden Ausführungsvarianten der Nabenschaltung 1 bzw. 91 ist eine Anzahl von vier Freiläufen und von vier Schaltmitteln bzw. Kupplungen gemeinsam. Mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von verschiedenen Bauteilen ist auf kleinem Bauraum eine Schaltung mit einer hohen Getriebespreizung verwirklicht. Both variants of the hub gear 1 and 91 is a number of four freewheels and four switching means or couplings in common. With a comparatively small number of different components, a circuit with a high gear spread is realized in a small space.
Genauer enthält jedes der vollständigen Planetengetriebe 3, 5, 11 ; 101, 103 bzw. erweiterten Planetengetriebe 7/8, 93/95, 97/99 genau ein Schaltmittel und einen Freilauf. Damit lässt sich jedes dieser vollständigen bzw. erweiterten Planetengetriebe für sich genommen in zwei unterschiedliche Übersetzungszustände schalten, sodass jedes dieser vollständigen bzw. erweiterten Planetengetriebe zwei Übersetzungen zum Gesamtgetriebe beiträgt. Da die Gesamtzahl der vollständigen Planetengetriebe bzw. erweiterten Planetengetriebe jeweils vier beträgt, erhält man 24 = 16 unterschiedliche Schaltzustände der Nabenschaltung 1, 91 als Ganzes, d.h. 16 Gänge. Dabei ist es unbeachtlich, ob bei dem vorgesehenen Schaltmuster sämtliche dieser Gänge auch tatsächlich Verwendung finden. Beispielsweise kann, wie im Fall der Nabenschaltung 1 von Fig. 1, das höchste und das niedrigste Übersetzungsverhältnis im Rahmen des vorgesehenen Schaltmusters ausgelassen werden, gleichwohl ist die zugehörige Übersetzung vorhanden und wird daher als„Gang" mitge- zählt. More specifically, each of the complete planetary gears 3, 5, 11; 101, 103 or extended planetary gear 7/8, 93/95, 97/99 exactly one switching means and a freewheel. This allows each of these complete or extended planetary gear taken in turn switch to two different transmission states, so that each of these complete or extended planetary gear two translations contributes to the overall transmission. Since the total number of complete planetary gear or extended planetary gear is four, you get 2 4 = 16 different switching states of the hub gear 1, 91 as a whole, ie 16 gears. It is irrelevant whether all of these gears are actually used in the proposed shift pattern. For example, as in the case of the hub gear 1 of FIG. 1, the highest and the lowest gear ratios may be omitted within the scope of the designated shift pattern, however, the associated gear ratio exists and is therefore counted as "gear".
Zwar könnte ein vollständiges Planetengetriebe grundsätzlich drei verschiedene Übersetzungen liefern, hierfür werden aber jedoch mindestens zwei aktive Schaltmittel benötigt. Dieser Weg wird bei den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung daher nicht be- schritten. Vielmehr zeigt es sich, dass sich bei dem hier gewählten Ansatz, pro vollständigen bzw. erweiterten Planetengetriebe nur zwei Schaltzustände zu verwenden, genügend Freiheitsgrade in dem Getriebedesign ergeben, um optimal bemessene Schaltnaben zu erhalten, von denen zwei konkrete Ausführungsbeispiele hier vorgestellt sind. Dabei bedeu- - - tet„optimal" hier, dass eine verhältnismäßig große Anzahl von Gängen (hier 16) mit einer relativ gleichmäßigem Übersetzungsverteilung und einer hohen Spreizung erhalten werden kann. In der Tat führt dieser Ansatz, wie anhand der Ausführungsbeispiele gezeigt, zu Nabenschaltungen, die eine größere Gangspreizung erlauben als im Stand der Technik, und dies mit lediglich vier aktiven Schaltmitteln, wodurch die Komplexität der Nabenschaltung trotz des verbesserten Leistungsverhaltens sogar noch verringert wird. Although a complete planetary gear could basically provide three different translations, but this will require at least two active switching means. This route is therefore not covered in the preferred embodiments of the invention. Rather, it turns out that in the approach chosen here, to use only two switching states per complete or extended planetary gear, sufficient degrees of freedom in the transmission design result in optimally dimensioned shift hubs, of which two concrete embodiments are presented here. Significant Here, "optimal" means that a relatively large number of gears (here 16) can be obtained with a relatively uniform transmission distribution and a high spread, in fact this approach, as shown in the exemplary embodiments, leads to hub gears having a allow greater girth spread than in the prior art, and with only four active switching means, thereby even reducing the complexity of the hub circuitry despite the improved performance.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
I Nabenschaltung I hub gear
3 erstes Planetengetriebe  3 first planetary gear
5 zweites Planetengetriebe  5 second planetary gear
7 drittes Planetengetriebe  7 third planetary gear
9 viertes Planetengetriebe  9 fourth planetary gearbox
I I fünftes Planetengetriebe  I I fifth planetary gear
13 Zentralachse 13 central axis
15 erstes Schaltmittel  15 first switching means
17 zweites Schaltmittel  17 second switching means
19 drittes Schaltmittel  19 third switching means
21 viertes Schaltmittel  21 fourth switching means
23 Freilauf  23 freewheel
25 Freilauf  25 freewheel
27 Freilauf  27 freewheel
29 Freilauf  29 freewheel
31 Hohlrad  31 ring gear
33 Planetenradträger  33 planet carrier
35 Planetenrad  35 planetary gear
37 Sonnenrad  37 sun wheel
39 Planetenrad  39 planetary gear
41 Sonnenrad  41 sun wheel
43 Planetenrad  43 planetary gear
45 Hohlrad  45 ring gear
47 Doppelplanetenrad  47 double planetary gear
49 Planetenrad  49 planetary gear
51 Planetenradträger  51 planet carrier
53 Sonnenrad  53 sun wheel
55 Sonnenrad  55 sun wheel
57 Sonnenrad  57 sun wheel
59 Planetenrad Planetenradträger Hohlrad 59 planetary gear Planetary gear ring gear
Tabelle table
Schaltschema switching scheme
Nabenschaltung erstes Planetengetriebe zweites Planetengetriebe drittes Planetengetriebe viertes Planetengetriebe fünftes Planetengetriebe sechstes Planetengetnebe Zentralachse Hub gearbox First planetary gearbox Second planetary gearbox Third planetary gearbox Fourth planetary gearbox Fifth planetary gearbox Sixth planetgetget Central axis
erstes Schaltmittel zweites Schaltmittel drittes Schaltmittel viertes Schaltmittel Freilauf first switching means second switching means third switching means fourth switching means freewheel
Freilauf freewheel
Freilauf freewheel
Freilauf freewheel
Hohlrad ring gear
Planetenradträger Planetenrad Planet carrier planetary gear
Doppelplanetenrad Planetenrad Double planetary gear planet
Sonnenrad sun
Sonnenrad sun
Doppelplanetenrad Planetenrad Double planetary gear planet
Planetenrad planet
Sonnenrad sun
Sonnenrad sun
Hohlrad ring gear
Planetenrad 153 Sonnenradplanet 153 sun wheel
155 Planetenradträger155 planet carrier
157 Sonnenrad157 sun wheel
159 Planetenrad159 planetary gear
161 Planetenradträger161 planet carrier
163 Hohlrad 163 ring gear
171 Tabelle  171 table
181 Schaltschema  181 circuit diagram

Claims

Ansprüche claims
1. Nabenschaltung (1, 91) für ein Fahrrad, mit einer Anzahl von auf einer Zentralachse (13, 105) angeordneten, miteinander gekoppelten Planetengetrieben (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103), umfassend A hub gear (1, 91) for a bicycle, comprising a number of planetary gears (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103)
- ein oder mehrere vollständige Planetengetriebe (3, 5, 11 ; 101, 103), welches jeweils ein Sonnenrad (37, 41, 57; 153, 157), einen Satz Planetenräder (35, 39, 59; 149, 163) und ein Hohlrad (31, 45, 63; 149, 163) umfasst und/oder  - One or more complete planetary gear (3, 5, 11, 101, 103), each having a sun gear (37, 41, 57, 153, 157), a set planetary gears (35, 39, 59, 149, 163) and a Ring gear (31, 45, 63, 149, 163) comprises and / or
- ein oder mehrere erweiterte Planetengetriebe (7/9; 93/95, 97/99), jeweils umfassend - One or more advanced planetary gear (7/9; 93/95, 97/99), each comprising
• ein erstes und ein zweites Sonnenrad (53, 55; 133, 135, 145, 147) A first and a second sun gear (53, 55, 133, 135, 145, 147)
• einen Satz gestufter Planetenräder (47; 129, 139) mit jeweils einem ersten (43;  • a set of stepped planet wheels (47, 129, 139) each having a first (43;
127, 141) und einem zweiten (49; 131, 143) Planetenradabschnitt unterschiedlichen Durchmessers, die drehfest miteinander verbunden sind, wobei der erste Planetenradabschnitt (43; 127, 141) mit dem ersten Sonnenrad (53; 133, 145) kämmt und der zweite Planetenradabschnitt (49; 131, 143) mit dem zweiten Sonnenrad (55; 135, 147) kämmt,  127, 141) and a second (49, 131, 143) planetary gear portion of different diameter, which are rotatably connected to each other, wherein the first Planetenradabschnitt (43; 127, 141) meshes with the first sun gear (53; 133, 145) and the second Planetenradabschnitt (49, 131, 143) with the second sun gear (55; 135, 147) meshes,
wobei die Nabenschaltung (1, 91) ferner eine Anzahl von Schaltmitteln (15, 17, 19, 21, 107, 109, 111, 113) zum reversiblen Sperren und/oder Hemmen einzelner Planetengetriebekomponenten enthält, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes vollständige Planetengetriebe (3, 5, 1 1 ; 101, 103) und für jedes erweiterte Planetengetriebe (7/9; 93/95, 97/99)  the hub circuit (1, 91) further comprising a number of switching means (15, 17, 19, 21, 107, 109, 111, 113) for reversibly locking and / or inhibiting individual planetary gear components, characterized in that for each complete planetary gear ( 3, 5, 1 1, 101, 103) and for each extended planetary gear (7/9; 93/95, 97/99)
- ein Schaltmittel (15, 17, 19, 21 ; 107, 109, 111, 113) und ein Freilauf (23, 25, 27, 29;  - A switching means (15, 17, 19, 21, 107, 109, 111, 113) and a freewheel (23, 25, 27, 29;
115, 117, 119, 121) vorgesehen sind, oder  115, 117, 119, 121) are provided, or
- zwei Schaltmittel vorgesehen sind, von denen eines im Rahmen des Schaltmusters durch einen Freilauf ersetzbar wäre.  - Two switching means are provided, one of which would be replaceable in the context of the switching pattern by a freewheel.
2. Nabenschaltung (1 ; 91) nach Anspruch 1, bei dem die Planetengetriebe (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103) derart miteinander gekoppelt sind, dass das Verhältnis der Übersetzung des niedrigsten Ganges zur Übersetzung des höchsten Ganges mehr als 5,40 beträgt. 2. hub gear (1, 91) according to claim 1, wherein the planetary gear (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103) are coupled together such that the ratio of the translation of lowest gear to the translation of the highest gear is more than 5.40.
3. Nabenschaltung (1, 91) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Schaltmittel (15, 17, 19, 21 ; 3. hub circuit (1, 91) according to claim 1 or 2, wherein the switching means (15, 17, 19, 21;
107, 109, 111, 113) an der Zentralachse (13, 105) angeordnet sind. 107, 109, 111, 113) are arranged on the central axis (13, 105).
4. Nabenschaltung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die vier vollständige (3, 5, 1 1 ; 101, 103) und/oder erweiterte Planetengetriebe (7/9; 93/95, 97/99) umfasst, insbesondere drei vollständige und ein erweitertes oder zwei vollständige und zwei erweiterte Planetengetriebe. 4. hub gear (1, 91) according to any one of the preceding claims, comprising four complete (3, 5, 1 1, 101, 103) and / or extended planetary gear (7/9; 93/95, 97/99), in particular three complete and one extended or two complete and two advanced planetary gearboxes.
5. Nabenschaltung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die vier Schaltmittel (15, 17, 19, 21 ; 107, 109, 111, 113) umfasst, von denen 5. hub circuit (1, 91) according to any one of the preceding claims, comprising four switching means (15, 17, 19, 21, 107, 109, 111, 113), of which
- zwei Schaltmittel (17, 19; 107, 109) zum reversiblen Sperren und/oder Hemmen eines Sonnenrades (41, 53; 133, 147) in Bezug auf die Zentralachse (13, 105),  two switching means (17, 19, 107, 109) for reversibly locking and / or inhibiting a sun gear (41, 53, 133, 147) with respect to the central axis (13, 105),
- ein Schaltmittel (21, 111) zum reversiblen Sperren und/oder Hemmen eines Planetenträgers (61, 155) in Bezug auf das zugehörige Sonnenrad ( 57, 153)und  - A switching means (21, 111) for reversibly locking and / or inhibiting a planetary carrier (61, 155) with respect to the associated sun gear (57, 153) and
- ein Schaltmittel (113, 15) zum Sperren und/oder Hemmen eines weiteren Planetenträgers (161) in Bezug auf das zugehörige Sonnenrad (157) oder zum Sperren und/oder Hemmen eines Planetenträgers (33) und eines Hohlrades (31) in Bezug aufeinander bestimmt ist bzw. sind.  - A switching means (113, 15) for locking and / or inhibiting another planetary carrier (161) with respect to the associated sun gear (157) or for locking and / or inhibiting a planetary carrier (33) and a ring gear (31) with respect to each other is determined or are.
6. Nabenschaltung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die vier Freiläufe (23, 25, 27, 29; 1 15, 117, 119, 121) umfasst, von denen 6. hub gear (1, 91) according to any one of the preceding claims, comprising four freewheels (23, 25, 27, 29, 1 15, 117, 119, 121), of which
- zwei Freiläufe (23, 27; 115, 117) zwischen der Zentralachse (13; 105) und jeweils einem Sonnenrad (37, 55; 135, 145),  two freewheels (23, 27, 115, 117) between the central axis (13, 105) and in each case a sun wheel (37, 55, 135, 145),
- ein Freilauf (29; 121) zwischen der Zentralachse (13; 105) und einem Hohlrad (63;  - a freewheel (29; 121) between the central axis (13; 105) and a ring gear (63;
163), und  163), and
- ein Freilauf (1 19; 25) zwischen der Zentralachse (105) und einem weiteren Sonnenrad (153) oder zwischen einem Sonnenrad (41) und einem Planetenträger (33) angeordnet ist bzw. sind.  - A freewheel (1 19; 25) between the central axis (105) and another sun gear (153) or between a sun gear (41) and a planet carrier (33) is arranged or are.
7. Nabenschaltung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Planetengetriebekomponenten Planetenradsätze umfasst sind, von denen wenigstens zwei mit Gleichteilen ausgebildet sind. 7. hub circuit (1, 91) according to any one of the preceding claims, wherein as planetary gear components planetary gear sets are included, of which at least two are formed with identical parts.
8. Nabenschaltung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Planetengetriebekomponenten Hohlräder (31, 45, 63, 123, 149, 163) umfasst sind, die zumindest teilweise als Gleichteile, vorzugsweise alle als Gleichteile ausgebildet sind. 8. hub gear (1, 91) according to any one of the preceding claims, wherein as planetary gear components ring gears (31, 45, 63, 123, 149, 163) are included, which are at least partially formed as identical parts, preferably all as identical parts.
9. Nabenschaltung (1 , 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Planetengetriebekomponenten Sonnenräder (37, 47, 53, 55, 57, 133, 135, 145, 147, 153, 157) umfasst sind, die zumindest teilweise als Gleichteile ausgebildet sind. 9. hub gear (1, 91) according to any one of the preceding claims, wherein as planetary gear sun gears (37, 47, 53, 55, 57, 133, 135, 145, 147, 153, 157) are included, which at least partially formed as equal parts are.
10. Nabenschaltung (1, 91) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Planetenradsätze von zwei oder mehreren Planetengetrieben (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103) miteinander gekoppelt sind. 10. hub gear (1, 91) according to any one of claims 2 to 4, wherein the planetary gear sets of two or more planetary gears (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103) are coupled together ,
1 1. Nabenschaltung (1 , 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehrere der Planetengetriebe (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103) über einen gemeinsamen Planetenträger (33, 51, 61, 125, 155, 161 ) miteinander gekoppelt sind. 1 1. hub gear (1, 91) according to any one of the preceding claims, wherein two or more of the planetary gear (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103) via a common planet carrier (33 , 51, 61, 125, 155, 161) are coupled together.
12. Nabenschaltung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehrere der Planetengetriebe (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103) über ein gemeinsames Hohlrad (31, 45, 63, 123, 149, 163) miteinander gekoppelt sind. 12. hub gear (1, 91) according to any one of the preceding claims, wherein two or more of the planetary gear (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103) via a common ring gear (31, 45, 63, 123, 149, 163) are coupled together.
13. Nabenschaltung (1 , 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehrere der Planetenradsätze über ein gemeinsames Sonnenrad (37, 47, 53, 55, 57, 133, 135, 145, 147, 153, 157) miteinander gekoppelt sind. 13. hub gear (1, 91) according to any one of the preceding claims, wherein two or more of the planetary gear sets via a common sun gear (37, 47, 53, 55, 57, 133, 135, 145, 147, 153, 157) are coupled together ,
14. Nabenschaltung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die gekoppelten Planetengetriebe (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103) antriebsseitig über ein Hohlrad (31, 45, 63, 123, 149, 163) angetrieben werden. 14. hub gear (1, 91) according to any one of the preceding claims, wherein the coupled planetary gear (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103) on the drive side via a ring gear (31, 45, 63, 123, 149, 163) are driven.
15. Nabenschaltung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die abtriebs- seitige Auskopplung über einen Planetenträger (33, 51, 61, 125, 155, 161) erfolgt. 15. hub gear (1, 91) according to any one of the preceding claims, wherein the output-side coupling via a planet carrier (33, 51, 61, 125, 155, 161) takes place.
16. Nabenschaltung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das oder jedes Schaltmittel (15, 17, 19, 21, 107, 109, 111, 113) als eine Schaltkupplung oder als eine Bremse ausgebildet ist. 16. hub transmission (1, 91) according to any one of the preceding claims, wherein the or each switching means (15, 17, 19, 21, 107, 109, 111, 113) is formed as a clutch or as a brake.
17. Nabenschaltung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Anzahl von Freiläufen (23, 25, 27, 29, 115, 117, 119, 121) umfasst ist, über welche eine Anzahl von Planetengetriebekomponenten mit der Zentralachse (13, 105) gekoppelt sind. A hub gear (1, 91) according to any one of the preceding claims, wherein a number of freewheels (23, 25, 27, 29, 115, 117, 119, 121) are included, via which a number of planetary gear components are connected to the central axis (13 , 105) are coupled.
18. Nabenschaltung (1, 91) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gangsprünge zwischen zwei jeweils benachbarten Gängen in einem Bereich zwischen 12 % und 15 % liegen. 18. hub gear (1, 91) according to any one of the preceding claims, wherein the gear jumps between two respective adjacent gears in a range between 12% and 15%.
19. Nabenschaltung (1 , 91) für ein Fahrrad, umfassend eine Anzahl von auf einer Zentralachse (13, 105) angeordneten, miteinander gekoppelten Planetengetrieben (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103), sowie eine Anzahl von an der Zentralachse angeordneten Schaltmitteln (15, 17, 19, 21; 107, 109, 111, 113) zum reversiblen Sperren und/oder Hemmen einzelner Planetengetriebekomponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetengetriebe (3, 5, 7, 9, 1 1, 93, 95, 97, 99, 101, 103) derart miteinander gekoppelt sind, dass das Verhältnis der Übersetzung des niedrigsten Ganges zur Übersetzung des höchsten Ganges mehr als 5,40 beträgt. 19. A hub gear (1, 91) for a bicycle comprising a number of planetary gears (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103), and a number of switching means (15, 17, 19, 21, 107, 109, 111, 113) arranged at the central axis for the reversible locking and / or inhibiting of individual planetary gear components, characterized in that the planetary gears (3, 5, 7, 9, 11, 93, 95, 97, 99, 101, 103) are coupled together such that the ratio of the ratio of the lowest gear to the gear ratio of the highest gear is more than 5.40.
20. Nabenschaltung (1, 91) nach Anspruch 19, mit einem oder mehreren Merkmalen der Ansprüche 7 bis 18. 20. hub circuit (1, 91) according to claim 19, having one or more features of claims 7 to 18.
21. Nabenschaltung (1, 91) nach Anspruch 19 oder 20, die mit vier Schaltmitteln (15, 17, 19, 21, 107, 109, 111, 113) und vier Freiläufen (23, 25, 27, 29, 115, 117, 119, 121) 16 Gänge realisiert, 21. hub circuit (1, 91) according to claim 19 or 20, with four switching means (15, 17, 19, 21, 107, 109, 111, 113) and four freewheels (23, 25, 27, 29, 115, 117 , 119, 121) 16 gears realized,
wobei anstelle eines oder mehrerer der genannten Freiläufe (23, 25, 27, 29, 115, 117, 119, 121) auch ein weiteres Schaltmittel vorhanden sein kann, solange dieses im Rahmen des Schaltmusters durch einen Freilauf ersetzbar wäre.  wherein instead of one or more of said freewheels (23, 25, 27, 29, 115, 117, 119, 121), a further switching means may be present, as long as this would be replaceable by a freewheel in the context of the switching pattern.
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