WO2015081931A1

WO2015081931A1 - Schaltgetriebe für eine antriebseinheit für muskelkraftbetriebene fahrzeuge

Info

Publication number: WO2015081931A1
Application number: PCT/DE2014/100425
Authority: WO
Inventors: Bernhard Rohloff
Original assignee: Bernhard Rohloff
Priority date: 2013-12-05
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2015-06-11
Also published as: DE102013113524B4; DE102013113524A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schaltgetriebe für eine Antriebseinheit für muskelkraftbetriebene Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch Muskelkraft antreibbare Hauptantriebswelle (1), eine Abtriebswelle (4) und eine Antriebswelle (2) und eine andere Antriebswelle (3) vorgesehen sind, wobei die Wellen (1, 2, 3, 4) parallel zueinander angeordnet und zahnradtragend ausgebildet sind, und wobei ein erster fester Getrieberadsatz (13) vorgesehen ist, bestehend aus einem auf der Hauptantriebswelle (1) befestigten Großrad (5) und einem auf der einen Antriebswelle (2) befestigten Ritzel (6) und einem auf der anderen Antriebswelle (3) befestigten anderen Ritzel (7), die beide gleichzeitig von dem Großrad (5) angetrieben werden, und wenigstens ein weiterer Getrieberadsatz (14a, 14b, 14c, 14d) vorgesehen ist, bestehend aus jeweils einem auf der Abtriebswelle (4) befestigten Festrad (10a, 10b, 10c, 10d) und einem Losradpaar (8a-9a, 8b-9b, 8c-9c, 8d-9d), wobei ein Losrad (8a, 8b, 8c, 8d) auf der einen Antriebswelle (2) und das andere Losrad (9a, 9b, 9c, 9d) auf der anderen Antriebwelle (3) angeordnet ist, wobei das mit der Abtriebswelle (4) verbundene Festrad (10a, 10b, 10c, 10d) des wenigstens einen weiteren Getrieberadsatzes (14a, 14b, 14c, 14d) immer gleichzeitig mit dem einem Losrad (8a, 8b, 8c, 8d) der einen Antriebswelle (2) und mit dem anderen Losrad (9a, 9b, 9c, 9d) der anderen Antriebswelle (3) kämmt, wobei sowohl das eine Losrad (8a, 8b, 8c, 8d) durch eine Schaltvorrichtung mindestens in eine Drehrichtung fest mit der einen Antriebswelle (2) als auch das andere Losrad (9a, 9b, 9c, 9d) durch eine Schaltvorrichtung mindestens in eine Drehrichtung fest mit der anderen Antriebswelle (3) verbindbar ist.

Description

Bezeichnung: Schaltgetriebe für eine Antriebseinheit für muskelkraftbetriebene Fahrzeuge

Die Erfindung betrifft Schaltgetriebe für eine Antriebseinheit für muskelkraftbetriebene

Fahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Antriebseinheiten mit integrierter Tretlagerwelle und integriertem Schaltgetriebe, die speziell zum Antrieb muskelkraftbetriebener Fahrzeuge wie beispielsweise Fahrrädern dienen, sind seit langem bekannt. Bereits in den 50er Jahren des 20. Jahrhunderts entwickelte das Schweizer Unternehmen Phoebus die Mutaped Antriebseinheit. Es handelt sich um ein 3-Gang Getriebe mit einer koaxial zur Antriebswelle angeordneten Ausgangswelle.

In der DE 10 2010 051 727 A1 sind eine 5-Gang Antriebseinheit, eine 7-Gang Antriebseinheit und eine 12-Gang (2x 6-Gang Anordnung) Antriebseinheit dargestellt. Ungünstig bei dieser Art der Getriebeanordnung ist zunächst, dass sich eine weite Baubreite ergibt, da alle Zahnräder sowohl auf der ersten als auch auf der zweiten Welle hintereinander angeordnet sind. So ergibt sich beispielsweise bei der 7-Gang Antriebseinheit der DE 10 2010 051 727 A1 , eine notwendige Getriebebreite, die 8 Zahnradbreiten entspricht.

Da bei einem Fahrrad die Baubreite der Antriebseinheit begrenzt ist, um den axialen Abstand der Tretkurbeln, den sogenannten Q-Faktor, nicht unnötig zu vergrößern, müssen die Getrieberäder entsprechend schmal ausgeführt werden, was beim sportlichen Einsatz zu Festigkeitsproblemen führen kann.

Ein weiterer Nachteil der Getriebeanordnung der DE 10 2010 051 727 A1 ist der Umstand, dass das durch die Kurbeln entstehende Antriebsdrehmoment in voller Höhe durch die auf der zweiten Welle befestigten Festräder übertragen wird. Wenn Radsätze geschaltet werden, welche die Drehzahl untersetzen, entsteht dadurch ein dem Untersetzungsverhältnis entsprechendes größeres Drehmoment auf der ersten Welle, was eine entsprechende größere Breite der Zahnräder erforderlich macht und das Schalten unter Last in diesen Gängen erschwert. Weiterhin ergeben sich bei gleichem Antriebsmoment je nach Untersetzungswechsel beziehungsweise Übersetzungswechsel unterschiedliche Schaltkräfte.

Eine weitere Antriebseinheit zeigt die EP 1 445 088 A2. Darin ist eine 12-Gang (2x6-Gang Anordnung) Getriebeanordnung beschrieben, bei der sich hinsichtlich der Baubreite das gleiche Problem ergibt wie bei den Antriebseinheiten der DE 10 2010 051 727 A1. Das Antriebsdrehmoment wird bei dieser Ausführung zunächst durch ein 2-Gang Getriebe von der Antriebswelle auf die Vorgelegewelle übertragen. Bei der kleinen Übersetzungsstufe des 2-Gang Getriebes ergibt sich, dass die Vorgelegewelle fast mit dem vollen Antriebsdrehmoment beaufschlagt wird und die Schaltelemente sowie die Zahnräder entsprechend hoch belastet werden.

Ein weiterer kritischer Punkt für die Antriebseinheiten der beiden vorgenannten Druckschriften resultiert aus dem bauartbedingten großen axialen Lagerabstand der Wellenlager. Dies erfor- dert eine besonders starke Dimensionierung der Wellen, da neben den hohen Torsionsmomenten auch hohe Biegemomente aufgenommen werden müssen.

Weiterhin nachteilig bei Schaltgetrieben, deren Gangzahl aus der Vervielfältigung der Gänge durch ein vor- oder nachgeschaltetes Mehrganggetriebe entsteht, ist, dass das Schalten beider Teilgetriebe nicht sicher gleichzeitig erfolgt. Wird bei den oben erwähnten Getrieben beispielsweise bei einer 2x6-Gang Anordnung vom sechsten in den siebenten Gang geschaltet, so muss das 6-Ganggetriebe vom sechsten in den ersten Gang zurückschalten und gleichzeitig das 2- Ganggetriebe auf seine schnelle Übersetzung umschalten, damit aus Gang Sechs dann Gang Sieben werden kann. Erfolgt das Umschalten des 2-Ganggetriebes später, beispielsweise verursacht durch Bauteiltoleranzen, ergibt sich ein Gangwechsel mit Zwischengang wie folgt: Gang Sechs, Gang Eins, Gang Sieben.

Zwischengänge bilden eine Gefahrenquelle beim Schalten unter Last und können nur sicher durch aufwendige und damit teure Maßnahmen in der Fertigung vermieden werden.

Soll die Antriebseinheit mit Elektromotorunterstützung ausgeführt werden, so liegt es nahe, den Elektromotor mit dem Getriebe in einem gemeinsamen Gehäuse zu integrieren. Dabei stellt sich allerdings das Problem, das die durch Muskelkraft in die Antriebseinheit eingebrachte Leistung durch große Drehmomente und niedrige Drehzahlen charakterisiert ist, wogegen die elektromo- torische Leistung bei kleinen Motoren mit hoher Leistungsdichte durch hohe Drehzahlen und niedrige Drehmomente bestimmt wird.

Die Offenlegungsschrift DE 10 2010 051 727 A1 zeigt auch einen Elektromotor, der mit Hilfe eines mehrstufigen Planetengetriebes die Motordrehzahl an die Drehzahl der Antriebswelle der Antriebseinheit anpasst. Nachteilig bei dieser Lösung sind die Geräusche, die durch den schnell drehenden Motor beziehungsweise durch die schnell drehenden Zahnräder der

Planetengetriebe erzeugt werden.

Soll sich die Antriebseinheit sowohl für den Einsatz in rein Muskelkraft betriebenen Fahrzeugen als auch in Fahrzeugen mit Elektromotorunterstützung eignen, muss für die Kenngrößen des Schaltgetriebes, wie die Übersetzungsspreizung, die Anzahl der Gänge und die Größe der Gangsprünge sowie der Forderung nach niedrigem Gewicht ein optimaler Kompromiss gefun- den werden. Als gute Lösung werden ein 8-Gang Schaltgetriebe mit einer Übersetzungsspreizung von mindestens 400% und gleichmäßigen Gangsprüngen angesehen. Dabei sollte ein Schalten unter Last sowohl beim Hochschalten als auch beim Runterschalten der Gänge möglich sein. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schaltgetriebe nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart zu verbessern, dass eine sehr kompakte Anordnung des Schaltgetriebes realisiert werden kann. Dabei sollen selbst bei einer schmalen Baubreite alle Kräfte übertragenden Bauteile so dimensioniert werden, dass sie auch harten sportlichen Einsätzen ohne Festigkeitsprobleme widerstehen können. Das Schaltgetriebe soll dabei mit vorzugsweise gleichmäßig umzusetzenden Gangsprüngen und einer Übersetzungsspreizung größer 400% geschaffen werden, bei welchem alle Gänge hintereinander zu schalten sind, ohne dass beim Gangwechsel Zwischengänge entstehen können. Die beim Wechseln der Gänge entstehenden Schaltkräfte sollen sich, bei gleichem Antriebsdrehmoment, nicht mehr als um den Faktor eines Gangsprunges unterscheiden, sodass ein Schalten auch unter höheren Lasten möglich ist. Weiterhin soll es möglich sein, einen Elektromotor zur Antriebsunterstützung in einem gemeinsamen Gehäuse mit Schaltgetriebe und der Hauptantriebswelle so zu kombinieren, dass eine kompakte Antriebseinheit entsteht, die möglichst geräuscharm arbeitet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch Schaltgetriebe für eine Antriebseinheit für muskelkraftbetrie- bene Fahrzeuge, mit allen Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Schaltgetriebe für eine Antriebseinheit, vornehmlich für muskelkraftbe- triebene Fahrzeuge weist dabei eine durch Muskelkraft antreibbare Hauptantriebswelle, eine Abtriebswelle und zwei Antriebswellen auf. Die Wellen sind dabei parallel zueinander angeordnet, sodass sie ein Parallelwellenschaltgetriebe bilden, und sind dabei zahnradtragend ausgebildet. Ein erster fester Getrieberadsatz besteht dabei aus einem auf der Hauptantriebswelle befestigten Großrad und einem auf der einen Antriebswelle befestigten einen Ritzel sowie einem auf der anderen Antriebswelle befestigten anderen Ritzel. Wenigstens ein weiterer Getrieberadsatz besteht dabei aus jeweils einem auf der Abtriebswelle befestigten Festrad und einem Losradpaar, wobei ein Losrad auf der einen Antriebswelle und das andere Losrad auf der anderen Antriebswelle angeordnet ist. Das mit der Abtriebswelle verbundene Festrad eines wenigs- tens einen weiteren Getrieberadsatzes kämmt dabei immer gleichzeitig mit dem einen Losrad der einen Antriebswelle und dem anderen Losrad der anderen Antriebswelle, wobei sowohl das eine Losrad der einen Antriebswelle durch eine Schaltvorrichtung mindestens in eine

Drehrichtung fest mit der einen Antriebswelle als auch das andere Losrad der anderen Antriebswelle durch eine Schaltvorrichtung mindestens in eine Drehrichtung fest mit der anderen Antriebswelle verbindbar ist. Die zu verwendenden Schaltvorrichtungen können dabei beispielsweise als schaltbare Freiläufe ausgestaltet sein.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird ein Schaltgetriebe zur Verfügung gestellt, durch das eine sehr kompakte Anordnung des Schaltgetriebes realisiert werden kann. Dadurch, dass zu der Hauptantriebswelle zwei Antriebswellen parallel angeordnet sind, lassen sich somit die doppelte Anzahl von Gangstufen in einem Schaltgetriebe unterbringen, wie bei den bisher aus dem Stand der Technik bekannten Schaltgetrieben. Insofern baut das erfindungsgemäße Schaltgetriebe derart kompakt, dass bei Fahrrädern geringe Q-Faktoren bei gleichzeitig relativ großer Zahl von Gangstufen erreicht werden können. Vorteilhafterweise ist das gesamte Schaltgetriebe dabei in einem Gehäuse gekapselt, sodass es vor Verschmutzung während des Betriebes des damit ausgestatteten muskelkraftbetriebenen Fahrzeugs geschützt ist. Durch die spezielle Anordnung der zwei parallel zu der Hauptantriebswelle angeordneten Antriebswellen und der Abtriebswelle sowie den dadurch definierten weiteren Getrieberadsätzen ist es möglich, in ein solches Schaltgetriebe eine Übersetzungsspreizung größer 400% zu integrieren, bei wel- ehern alle Gänge hintereinander zu schalten sind, ohne dass beim Gangwechsel Zwischengänge entstehen können. Die beim Schalten des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes auftretenden Schaltkräfte sind bei gleichem Antriebsdrehmoment jeweils beim Hochschalten untereinander und jeweils beim Runterschalten untereinander im Wesentlichen gleich, wobei die Schaltkräfte klein ausfallen, sodass ein Schalten auch unter höheren Lasten möglich ist. Als Schaltvorrichtung können dabei in den zwei Antriebswellen die in der auf den gleichen Anmelder zurückgehenden WO 98/52817 A1 beschriebenen Schaltvorrichtungen zum Einsatz kommen, insbesondere, wenn die Antriebswellen als Hohlwellen ausgebildet sind. Um eine Wiederholung zu ver- meiden, soll daher der gesamte Offenbarungsgehalt der WO 98/52817 A1 auch Gegenstand des vorliegenden Dokumentes sein.

Nach einem ersten vorteilhaften Gedanken der Erfindung weisen die Ritzel der Antriebswellen unterschiedliche Durchmesser und damit unterschiedliche Zähnezahlen auf. Hierdurch ist es möglich, dass die Antriebswellen von der sich drehenden Hauptantriebswelle mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten beaufschlagt werden. Diese unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten der Antriebswellen können mittels der weiteren Getrieberadsätze zur Realisierung von zwei Gangstufen pro Getrieberadsatz genutzt werden. Ein besonders vorteilhafter Kompromiss zwischen kompakter Bauweise und einer

Übersetzungsspreizung größer 400% des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes bei möglichst gleichmäßigen umzusetzenden Gangsprüngen ist dabei die Ausgestaltung mit insgesamt vier weiteren Getrieberadsätzen, die ein 8-Gang-Schaltgetriebe ermöglichen. Ein solches Schaltgetriebe eignet sich insbesondere hervorragend für zweirädrige Fahrräder, bei denen die Tretla- gerwelle als Hauptantriebswelle des Schaltgetriebes ausgebildet ist, da trotz günstigem Q-

Faktor diese hinsichtlich Übersetzungsspreizung und Gangsprüngen besondere Charakteristik des Schaltgetriebes realisiert werden kann.

Insbesondere ist es bei mehrspurigen Fahrzeugen, wie beispielsweise bei Dreirädern, Fahrrad- taxen oder dergleichen, möglich, mehr als vier weitere Getrieberadsätze in das erfindungsgemäße Schaltgetriebe einzubauen. Bei solchen muskelbetriebenen Fahrzeugen ist der Q-Faktor für das erfindungsgemäße Schaltgetriebe nämlich nicht wichtig, da dort die Hauptantriebswelle des Schaltgetriebes in der Regel nicht als Tretlagerwelle ausgebildet sein wird. Um die Anzahl von verschiedenen Bauteilen bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes zu reduzieren, sind die zwei Antriebswellen baugleich ausgeführt. Hierdurch wird eine Gleichteileverwendung für verschiedene Bauteile des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes erreicht, sodass verschiedene Bauteile des Schaltgetriebes auf der gleichen Herstel- lungsvorrichtung dafür produziert werden können. Insofern ist der Herstellungsprozess des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes auch aus ökonomischer und ökologischer Sichtweise besonders effizient, da keine unterschiedlichen Herstellungsprozesse für die Gleichteile durchgeführt werden müssen.

In die gleiche Richtung zielt die Ausgestaltung, dass die jeweils zu einem weiteren Getrieberadsatz gehörenden Losräder eines Losradpaares baugleich ausgeführt sind.

Wie bereits weiter oben erwähnt, ist es auch vorteilhaft, dass zumindest die zwei Antriebswellen zumindest teilweise als Hohlwellen ausgebildet sind. Neben dem bereits weiter oben beschriebenen Vorteil, dass dabei in den zwei Antriebswellen die in der auf den gleichen Anmelder zurückgehenden WO 98/52817 A1 beschriebenen Schaltvorrichtungen zum Einsatz kommen können, wird dadurch natürlich auch eine Material- und Gewichtseinsparung erreicht. Bei Verwendung von zwei Antriebswellen zeichnet sich das erfindungsgemäße Schaltgetriebe dadurch aus, dass durch ein Kuppeln der einen Antriebswelle mit einem ihrer Losräder ungerade Gangzahlen und durch ein Kuppeln der anderen Antriebswelle mit einem ihrer Losräder gerade Gangzahlen geschaltet werden. Nach einem besonders vorteilhaften Gedanken der Erfindung ist ein Elektromotor vorgesehen, durch den die Hauptantriebswelle antreibbar ist. Hierdurch ist es ermöglicht, dass

muskelkraftbetriebene Fahrzeuge mit einem erfindungsgemäßen Schaltgetriebe zumindest zeitweise unterstützend oder permanent durch einen derartigen Elektromotor antreibbar sind. Insofern eignet sich ein derartiges mit einem Elektromotor ausgestattetes erfindungsgemäßes Getriebe nicht nur für den Einsatz in muskelkraftbetriebenen Fahrzeugen. Vielmehr können damit auch Elektrofahrzeuge, wie beispielsweise E-Bikes, permanent angetrieben werden.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Elektromotor zur Antriebsunterstützung in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem Schaltgetriebe zu kombinieren, sodass eine kompakte Antriebseinheit entsteht, die geräuscharm arbeitet, wobei der Elektromotor ein auf einer Motorwelle angeordnetes Ritzel aufweist, dessen Zähne mit den Zähnen des Großrades kämmen, welche auch mit Zähnen der Ritzel der zwei Antriebsräder kämmen. Insofern kommt dem Großrad dabei eine doppelte Aufgabe zu. Zum einen die Antriebsleistung des Muskelkraftantriebs von der Hauptantriebswelle auf die zwei Antriebswellen weiterzuleiten, und zum anderen die Antriebsleistung des Elektromotors auf die zwei Antriebswellen weiterzuleiten.

Allerdings ist es auch möglich, dass die Zähne des auf der Motorwelle des Elektromotors angeordneten Ritzels mit Zähnen eines weiteren auf der Hauptantriebsachse angeordneten Rades kämmen.

Eine Mehrfachbenutzung des Großrades kann auch dadurch erzeugt werden, dass eine weitere Verzahnung entweder auf einem weiteren Außenumfang oder einem weiteren Innenumfang des Großrades angebracht ist, welche jeweils mit den Zähnen des Motorritzels kämmt.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.

Es zeigen:

Figur 1 : ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes in einer perspektivischen Darstellung,

Figur 2: eine schematische Darstellung eines eine Hauptantriebswelle und zwei Antriebswellen eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes verbindenden Getrieberadsatzes,

Figur 3: eine schematische Darstellung von vier weiteren Getrieberadsätzen, welche eine

Abtriebswelle und zwei Antriebswellen eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes verbinden,

Figur 4: eine vereinfachte Draufsicht auf eine Abtriebswelle und zwei Antriebswellen eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes verbindenden weiteren Getrieberadsatzes,

Figur 5: eine andere vereinfachte Draufsicht auf eine Abtriebswelle und zwei Antriebswellen eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes verbindenden Getrieberadsatzes und

Figur 6: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes mit Elektromotor in einer perspektivischen Darstellung.

Figur 1 zeigt die perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Schaltgetriebes, welches als 8-Gang Version mit gleichmäßig anzusehenden Gangsprüngen von ca. 23% und einer Übersetzungsspreizung größer 400% ausgelegt ist. Der Antrieb erfolgt vorzugsweise über eine Hauptantriebswelle 1. Die Hauptantriebswelle 1 ist fest verbunden mit einem Großrad 5 und bildet mit einem auf der einen Antriebswelle 2 fest verbundenem Ritzel 6 und mit einem auf der anderen Antriebswelle 3 fest verbundenem anderen Ritzel 7 einen ersten Getrieberadsatz 13. Die Hauptantriebswelle 1 , die eine

Antriebswelle 2 und die andere Antriebswelle 3 sind dabei parallel zueinander angeordnet. Das gesamte Schaltgetriebe ist dabei vorzugsweise in einem in den Figuren nicht näher dargestellten Gehäuse gekapselt angeordnet.

Hinter dem Getrieberadsatz 13 sind auf der einen Antriebswelle 2 vier schaltbare Losräder 8a, 8b, 8c, 8d und auf der anderen Antriebswelle 3 vier schaltbare andere Losräder 9a, 9b, 9c, 9d sowie vier auf einer Abtriebswelle 4 befestigten Festräder 10a, 10b, 10c, 10d angeordnet. Dabei bilden die jeweils in einer Ebene liegenden und gleichzeitig mit dem zugehörigen Festrad 10a kämmenden Losräder 8a und 9a mit dem zugehörigen Festrad 10a den Getrieberadsatz 14a. Analog dazu bilden die Räder 8b, 9b, 10b den Getrieberadsatz 14b, die Räder 8c, 9c, 10c den Getrieberadsatz 14c und die Räder 8d, 9d, 10d den Getrieberadsatz 14d.

Figur 2 zeigt den schematischen Aufbau von Getrieberadsatz 13, der Hauptantriebswelle 1 und der einen Antriebswelle 2 und der anderen Antriebswelle 3. Der Antrieb durch Muskelkraft erfolgt vorzugsweise über Tretkurbeln 12 die je an einer Seite der Hauptantriebswelle 1 angebracht sind.

Die Hauptantriebswelle 1 ist dabei fest verbunden mit dem Großrad 5 und bildet mit dem auf der einen Antriebswelle 2 fest verbundenem Ritzel 6 und mit dem auf der anderen Antriebswelle 3 fest verbundenem anderen Ritzel 7 den ersten Zahnradgetriebesatz 13. Das Ritzel 6 ist dabei um den Faktor eines Gangsprungs größer als das andere Ritzel 7 ausgeführt, so dass die andere Antriebswelle 3 um den Faktor eines Gangsprungs schneller dreht als die eine

Antriebswelle 2. In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Großrad 5 mit 57 Zähnen versehen, das Ritzel 6 mit 27 Zähnen und das andere Ritzel 7 mit 22 Zähnen ausgeführt. Dadurch ergibt sich bei einer Umdrehung des Großrades 5 für die andere Antriebswelle 3 eine Umdrehungszahl von 2,59 und für die eine Antriebswelle 2 eine Umdrehungszahl 2, 11.

Der Getrieberadsatz 13 hat weiterhin die Aufgabe das Drehmoment der Hauptantriebswelle 1 auf die eine Antriebswelle 2 oder die andere Antriebswelle 3 entsprechend des jeweiligen Übersetzungsverhältnisses zu reduzieren. Dadurch bedingt ergeben sich beim Schalten der Gänge entsprechend kleine Schaltkräfte für die auf der einen Antriebswelle 2 beziehungsweise auf der anderen Antriebswelle 3 arbeitenden hier nicht dargestellten Schaltvorrichtungen.

Figur 3 zeigt den schematischen Aufbau der Getrieberadsätze 14a, 14b, 14c, 14d, die aus den Losräderpaaren 8a-9a, 8b-9b, 8c-9c, 8d-9d der einen Antriebswelle 2 und der anderen

Antriebswelle 3 sowie den Festrädern 10a, 10b, 10c, 10d der Abtriebswelle 4 gebildet sind. Dabei besitzt das jeweils zu jedem Getrieberadsatz 14a, 14b, 14c, 14d gehörende

Losräderpaar 8a-9a, 8b-9b, 8c-9c, 8d-9d gleiche Zähnezahlen und ist in seinen Abmessungen untereinander baugleich. Es entspricht also Losrad 8a dem Losrad 9a, Losrad 8b dem Losrad 9b usw. Durch diese Bauweise vermindert sich die Anzahl der unterschiedlichen Bauteile, welches der Forderung nach wirtschaftlicher Fertigung unter Verwendung von Gleichteilen entgegen kommt. Die in Kreisen dargestellten Zahlen über und unter den Losrädern 8a, 8b, 8c, 8d, 9a, 9b, 9c, 9d geben die Gangfolge an.

Dabei treibt die eine Antriebswelle 2 die Losräder 8a, 8b, 8c, 8d mit den ungeraden Gangzahlen und die andere Antriebswelle 3 die Losräder 9a, 9b, 9c, 9d mit den geraden Gangzahlen an. Die Abtriebswelle 4 trägt die Festräder 10a, 10b, 10c, 10d.

Der rechte Wellenzapfen der Abtriebswelle 4 ragt aus dem nicht näher dargestellten Gehäuse heraus und trägt vorzugsweise ein Antriebsrad 11 für einen Ketten- oder Riementrieb, über welchen vorzugsweise ein Hinterrad angetrieben wird. Anhand der Figur 4 wird nachfolgend ein Gangwechsel vom 1. Gang in den 2. Gang als auch ein Gangwechsel vom 2. Gang in den 1. Gang beschrieben. Im ersten Gang ist das Losrad 8a mit der einen Antriebswelle 2 gekuppelt. Die Drehzahl der einen Antriebswelle 2 wird über das Losrad 8a auf das Festrad 10a und damit entsprechend des Übersetzungsverhältnisses auf die Abtriebswelle 4 übertragen. Beim Schalten vom ersten Gang in den zweiten Gang wird das Losrad 8a von der einen Antriebswelle 2 entkuppelt und das Losrad 9a mit der anderen Antriebswelle 3 gekuppelt. Da die andere Antriebswelle 3, verursacht durch die zuvor beschriebene spezielle Ausgestaltung des Radsatzes 13, wobei das Großrad 5 mit 57 Zähnen, das Ritzel 6 mit 27 Zähnen und das andere Ritzel 7 mit 22 Zähnen ausgeführt ist, um den Faktor eines Gangsprungs schneller dreht als die eine Antriebswelle 2, dreht nun die Abtriebswelle 4 im zweiten Gang um den Faktor eines Gangsprungs schneller. Beim Schalten vom zweiten Gang in den ersten Gang passiert der ganze Vorgang umgekehrt. Die eine Antriebswelle 2 dreht gegenüber der anderen Antriebswelle 3 um den Faktor eines Gangsprungs langsamer und entsprechend langsamer wird die Drehzahl der Abtriebswelle 4 beim Einlegen des ersten Gangs. Figur 5 zeigt in der linken Hälfte die Draufsicht auf den Getrieberadsatz 14b und in der rechten Hälfte die Draufsicht auf den Getrieberadsatz 14a.

Wird nun vom zweiten Gang in den dritten Gang geschaltet, wird das Losrad 9a von der anderen Antriebswelle 3 entkuppelt und Losrad 8b mit der einen Antriebswelle 2 gekuppelt. Die eine Antriebswelle 2 dreht gegenüber der anderen Antriebswelle 3 zwar um den Faktor eines Gangsprungs langsamer, das Übersetzungsverhältnis von Getrieberadsatz 14b ist jedoch um den Faktor von 2 Gangsprüngen schneller als das Übersetzungsverhältnis des

Getrieberadsatzes 14a. Dadurch bedingt dreht die Abtriebswelle 4 nach dem Gangwechsel vom zweiten in den dritten Gang nur um den Faktor eines Gangsprungs schneller.

Beim Schalten vom dritten Gang in den zweiten Gang passiert der ganze Vorgang umgekehrt. Analog dazu erfolgen die weiteren Gangwechsel 3-4, 4-5, 5-6, 6-7, 7-8 beziehungsweise 8-7, 7- 6, 6-5, 5-4, 4-3. Erfolgt der Gangwechsel also nur innerhalb eines Getrieberadsatzes 14a, 14b, 14c, 14d, beispielsweise vom fünften Gang in den sechsten Gang, so resultiert der Drehzahlwechsel der Abtriebswelle 4 nur aus den unterschiedlichen Drehzahlen der einen Antriebswelle 2 und der anderen Antriebswelle 3.

Erfolgt der Gangwechsel dagegen mit einem Wechsel der Getrieberadsätze 14a, 14b, 14c, 14d, so resultiert der Drehzahlwechsel der Abtriebswelle 4 aus der Kombination der unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse der geschalteten Getrieberadsätze 14a, 14b, 14c, 14d und den unterschiedlichen Drehzahlen der einen Abtriebswelle 2 und der anderen Antriebswelle 3.

Die Auflistung der Zähnezahlen der Getrieberadsätze 14a, 14b, 14c, 14d in Tabelle 1 macht die Zusammenhänge deutlich.

Tabelle 1

Bei jedem Wechsel von einem Getrieberadsatz 14a, 14b, 14c zum nächsten Getrieberadsatz 14b, 14c, 14d ergibt sich ein Drehzahlunterschied in Höhe von ca. 50% bis 51 %, was zwei Stufensprüngen von je ca. 22% bis 23% entspricht.

In Verbindung mit den durch Getrieberadsatz 13 erzeugten unterschiedlichen Drehzahlen der einen Antriebswelle 2 und der anderen Antriebswelle 3 ergeben sich die Gesamtübersetzungen und Stufensprünge für die Gänge 1-8, wie sie in Tabelle 2 aufgelistet sind. UberUberUberUberUberUberUbersetzung u setzung u setzung u setzung u setzung u setzung u setzung u

StufenGetriebeGetriebeGetriebeGetriebeGetriebeGetriebeGesamt

Gang sprung radsatz (13) radsatz (13) radsatz radsatz radsatz radsatz

% AntriebsAntriebs(14a) (14b) (14c) (14d)

welle (2) welle (3)

1 2,1 1 1 0,541 1 ,142

2 2,591 0,541 1 ,402 23

3 2,1 1 1 0,813 1 ,716 22

4 2,591 0,813 2,106 23

5 2,1 1 1 1 ,231 2,599 23

6 2,591 1 ,231 3,190 23

7 2,1 1 1 1 ,850 3,905 22

8 2,591 1 ,850 4,793 23

Tabelle 2

Es zeigen sich also bei einer Übersetzungsspreizung von 420% acht Gänge mit nahezu gleichmäßigen Stufensprüngen zwischen 22% bis 23%.

Figur 6 zeigt in perspektivischer Ansicht das erfindungsgemäße Schaltgetriebe kombiniert mit einem zur Antriebsunterstützung dienenden Elektromotor 15. Der Elektromotor 15 ist dabei so angeordnet, dass das auf der Motorwelle befestigte Ritzel 16 mit seinen Zähnen mit auf einem Außenumfang des Großrades 5 angeordneten Zähnen kämmt. Das Großrad 5 hat dann eine doppelte Aufgabe. Zum einen die Antriebsleistung eines Muskelkraftantriebes von der

Hauptantriebswelle 1 auf die eine Antriebswelle 2 und die andere Antriebswelle 3 weiterzuleiten, und zum anderen die Antriebsleistung des Elektromotors 15 auf die eine Antriebswelle 2 und die andere Antriebswelle 3 weiterzuleiten.

Eine Mehrfachbenutzung des Großrades 5 kann auch dadurch erzeugt werden, dass eine weitere Verzahnung entweder auf einem weiteren Außenumfang oder einem weiteren

Innenumfang des Großrades 5 angebracht ist, welche jeweils mit den Zähnen des Motorritzels 16 kämmt. Bezugszeichenliste

1 Hauptantriebswelle 8b-9b Losradpaar

2 Antriebswelle 20 8c-9c Losradpaar

3 Antriebswelle 8d-9d Losradpaar

4 Abtriebswelle 10a Festrad

5 Großrad 10b Festrad

6 Ritzel 10c Festrad

7 Ritzel 25 10d Festrad

8a Losrad 11 Antriebsrad

8b Losrad 12 Tretkurbel

8c Losrad 13 Getrieberadsatz

8d Losrad 14a weiterer Getrieberadsatz

9a Losrad 30 14b weiterer Getrieberadsatz

9b Losrad 14c weiterer Getrieberadsatz

9c Losrad 14d weiterer Getrieberadsatz

9d Losrad 15 Elektromotor

8a-9a Losradpaar 16 Ritzel

Claims

Patentansprüche

1. Schaltgetriebe für eine Antriebseinheit für muskelkraftbetriebene Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass

eine durch Muskelkraft antreibbare Hauptantriebswelle (1),

eine Abtriebswelle (4) und

eine Antriebswelle (2) sowie eine andere Antriebswelle (3) vorgesehen sind,

wobei die Wellen (1 , 2, 3, 4) parallel zueinander angeordnet und zahnradtragend ausgebildet sind, und wobei

ein erster fester Getrieberadsatz (13) vorgesehen ist,

bestehend aus einem auf der Hauptantriebswelle (1) befestigten Großrad (5) und einem auf der einen Antriebswelle (2) befestigten Ritzel (6) und

einem auf der anderen Antriebswelle (3) befestigten anderen Ritzel (7), die beide gleichzeitig von dem Großrad (5) angetrieben werden,

und wenigstens ein weiterer Getrieberadsatz (14a, 14b, 14c, 14d) vorgesehen ist,

bestehend aus jeweils einem auf der Abtriebswelle (4) befestigten Festrad (10a, 10b, 10c, 10d) und einem Losradpaar (8a-9a, 8b-9b, 8c-9c, 8d-9d), wobei ein Losrad (8a, 8b, 8c, 8d) auf der einen Antriebswelle (2) und das andere Losrad (9a, 9b, 9c, 9d) auf der anderen Antriebswelle (3) angeordnet ist,

wobei das mit der Abtriebswelle (4) verbundene Festrad (10a, 10b, 10c, 10d) des wenigstens einen weiteren Getrieberadsatzes (14a, 14b, 14c, 14d) immer gleichzeitig mit dem einem Losrad (8a, 8b, 8c, 8d) der einen Antriebswelle (2) und mit dem anderen Losrad (9a, 9b, 9c, 9d) der anderen Antriebswelle (3) kämmt,

wobei sowohl das eine Losrad (8a, 8b, 8c, 8d) durch eine Schaltvorrichtung mindestens in eine Drehrichtung fest mit der einen Antriebswelle (2) als auch das andere Losrad (9a, 9b, 9c, 9d) durch eine Schaltvorrichtung mindestens in eine Drehrichtung fest mit der anderen Antriebswelle (3) verbindbar ist.

2. Schaltgetriebe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (6) der einen Antriebswelle (2) und das andere Ritzel (7) der anderen Antriebswelle (3)

unterschiedliche Durchmesser und damit unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen.

3. Schaltgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass insgesamt vier weitere Getrieberadsätze (14a, 14b, 14c, 14d) vorgesehen sind. Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Antriebswelle (2) und die andere Antriebswelle (3) baugleich ausgeführt sind.

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweils zu einem weiteren Getrieberadsatz (14a, 14b, 14c, 14d) gehörende Losradpaar (8a-9a, 8b-9b, 8c-9c, 8d-9d) baugleich ausgeführt ist.

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Antriebswelle (2) und die andere Antriebswelle (3) zumindest teilweise als Hohlwellen ausgebildet sind.

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Kuppeln der einen Antriebswelle (2) mit einem der einen Losräder (8a, 8b, 8c, 8d) ungerade Gangzahlen und durch ein Kuppeln der anderen Antriebswelle (3) mit einem der anderen Losräder (9a, 9b, 9c, 9d) gerade Gangzahlen geschaltet werden.

Schaltgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektromotor (15) vorgesehen ist, durch den die Hauptantriebswelle (1) antreibbar ist.

Schaltgetriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (15) ein auf einer Motorwelle angeordnetes Ritzel (16) aufweist, welches mit dem Großrad (5) oder einem weiteren auf der Hauptantriebswelle (1) angeordneten Rad kämmt. Schaltgetriebe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine

Mehrfachbenutzung des Großrades (5) auch dadurch erzeugt wird, dass eine weitere Verzahnung entweder auf einem weiteren Außenumfang oder einem weiteren

Innenumfang des Großrades (5) angebracht ist, welche jeweils mit den Zähnen des Motorritzels (16) kämmt.