Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Betätigen eines Schaltele- ments eines Getriebes, insbesondere eines Tretlagergetriebes, mit einer schwenkbar um eine Schwenkachse gelagerten Schaltklinke und mit einem einem Getriebeele- ment zugeordneten drehbaren Schaltring mit einer Außenverzahnung, wobei ein ers- tes Ende der Schaltklinke der Außenverzahnung des Schaltrings zum Sperren oder Freigeben des Schaltrings zum Schalten einer Übersetzungsstufe zugeordnet ist und wobei ein zweites Ende der Schaltklinke einer Schaltkulisse mit einem alternierend ansteigenden und abfallenden Verlauf an einem Außenumfang einer die Schaltklinke betätigenden Schaltwalze zugeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Tretlager- getriebe mit der Anordnung sowie ein Fahrrad oder Pedelec mit dem Tretlagerge- triebe.

Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2019 220044 A1 ist ein Tretlagergetriebe in Planetenradsatzbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec mit einer Anordnung zum Betätigen zumindest eines Bremsschaltelements bekannt. Das Tretlagergetriebe weist mehrere Planetenradsätze zum Realisieren verschiedener Übersetzungsstufen auf. Dem Tretlagergetriebe sind mehrere Bremsschaltelemente zugeordnet, die je- weils einen einem Getriebebauteil zugeordneten Bremsring aufweisen, der über eine Bremsklinke gesperrt oder freigegeben werden kann, um eine vorbestimmte zuge- ordnete Übersetzungsstufe zu schalten. Die Bremsringe der Bremsschaltelemente sind jeweils in dem Gehäuse des Tretlagergetriebes drehbar gelagert. Jede einem Bremsring zugeordnete Bremsklinke wird durch eine drehbar gelagerte Schaltwalze betätigt, die etwa achsparallel zu einer zentralen Rotationsachse des Tretlagergetrie- bes angeordnet ist. Zum Sperren des Bremsrings wird die Bremsklinke mit einer Au- ßenverzahnung des Bremsrings in Eingriff gebracht. Hierbei entstehen entspre- chende Reaktions- und Betätigungskräfte an der Bremsklinke und an der Schalt- walze. Aufgrund dieser Kräfte ist ein entsprechend hohes Schaltmoment erforderlich, welches die Betätigung von Schaltwalze und Schaltklinke belastet. Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung sowie ein Tretlagergetriebe und ein Fahrrad oder Pedelec vorzuschlagen, bei dem eine Lastschaltbarkeit mit möglichst geringem Schaltmoment ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 14 bzw. 15 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Demnach wird eine Anordnung zum Betätigen eines Schaltelements, insbesondere eines Bremsschaltelements eines Getriebes, insbesondere eines Tretlagergetriebes mit einer schwenkbar um eine Schwenkachse gelagerten Schaltklinke, insbesondere Bremsklinke, und mit einem einem Getriebeelement zugeordneten drehbaren Schalt- ring, insbesondere Bremsring, mit einer Außenverzahnung vorgeschlagen, wobei ein erstes Ende der Schaltklinke der Außenverzahnung des Schaltrings zum Sperren oder Freigeben des Schaltrings zum Schalten einer Übersetzungsstufe zugeordnet ist und wobei ein zweites Ende der Schaltklinke einer Schaltkulisse mit einem alter- nierend ansteigenden und abfallenden Verlauf an einem Außenumfang einer die Schaltklinke betätigenden Schaltwalze zugeordnet ist. Um eine Lastschaltbarkeit mit möglichst geringem Schaltmoment zu ermöglichen, sind ein erster Kontaktlinienbe- reich zwischen einem Kontaktflächenverlauf an dem ersten Ende der Schaltklinke und einem Kontaktflächenverlauf an der Außenverzahnung des Schaltrings derart ausgeführt, dass ein zwischen einem ersten Schenkel als Verbindung des ersten Kontaktlinienbereichs mit der Schwenkachse der Schaltklinke und einem zweiten Schenkel als Tangente an den Kontaktflächenverlauf im ersten Kontaktlinienbereich gebildeter Kontakt-Eingriffswinkel φ der Schaltklinke von etwa 94° plus/minus 3° vor- gesehen ist.

Aufgrund des bei der vorgeschlagenen Anordnung vorgesehenen Kontakt-Eingriffs- winkels φ sind die auftretenden Reaktion- und Betätigungskräfte an der Schaltklinke derart gering, dass ein gleichmäßiges Schalt- bzw. Betätigungsmoment über den Schaltvorgang auf möglichst geringem Niveau gewährleistet wird und zusätzlich auch keine Spitzen im Schaltmomentverlauf auftreten. Demzufolge kann bei der vorge- schlagenen Anordnung eine Lastschaltbarkeit realisiert werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Kontaktflächenver- lauf an dem ersten Ende der Schaltklinke als angenäherter Evolventenverlauf ausge- führt ist.

Beispielsweise ergibt sich der zumindest angenäherte Evolventenverlauf an dem ers- ten Ende der Schaltklinke bei der vorgeschlagenen Anordnung, wenn sich der Radi- usmittelpunkt des Kontaktflächenverlaufs an dem ersten Ende der Schaltklinke auf einer Schenkellinie durch die Schwenkachse der Schaltklinke befindet, wobei sich die Schenkellinie in einem Winkel β von etwa 90° plus/minus 10° zu einer Verbindung von dem ersten Kontaktlinienbereich zur Schwenkachse der Schaltklinke befindet.

Vorzugsweise können bei der vorgeschlagenen Anordnung vorgesehen sein, dass der Kontaktflächenverlauf an der Außenverzahnung des Schaltrings etwa eine Ebene bildet und somit keinen Radius aufweist. Es ist jedoch auch möglich, dass der Kon- taktflächenverlauf an der Außenverzahnung des Schaltrings dem einer Evolvente oder zumindest einer angenäherten Evolvente entspricht.

Durch die vorgesehenen Ausgestaltungen der Kontaktflächenverläufe des ersten Kontaktlinienbereiches zwischen dem ersten Ende der Schaltklinke und der Außen- verzahnung des Schaltrings wird sichergestellt, dass der erste Kontaktlinienbereich dem Zahnkopf der Außenverzahnung zugeordnet ist. Dadurch wird quasi ein Zahn- kopfträger als Außenverzahnung an dem Schaltring realisiert.

Um auch einen zweiten Kontaktlinienbereich zwischen einem Kontaktflächenverlauf an dem zweiten Ende der Schaltklinke und einem Kontaktflächenverlauf an dem al- ternierend ansteigenden und abfallenden Verlauf der Schaltkulisse an der Schalt- walze zu optimieren, ist vorgesehen, dass der Kontaktflächenverlauf an der Schaltku- lisse entlang des ansteigenden oder abfallenden Verlaufes als zumindest angenäher- ter Evolventenverlauf ausgeführt ist. Demzufolge kann ein angenäherter oder tat- sächlicher Evolventenverlauf vorgesehen sein.

Beispielsweise ergibt sich dieser zum Beispiel angenäherter Evolventenverlauf an der Schaltwalze bei der vorgeschlagenen Anordnung, wenn sich der Radiusmittelpunkt des Kontaktflächenverlaufs an der Schaltkulisse auf einer Schen- kellinie durch die Schwenkachse der Schaltklinke befindet, wobei sich die Schenkelli- nie in einem Winkel μ von etwa 90° plus/minus 5° zu einer Mittelsenkrechten auf die Verbindung zwischen einer extremen innersten Kontaktlinie und einer extremen äu- ßersten Kontaktlinie des zweiten Kontaktlinienbereich an dem Kontaktflächenverlauf der Schaltkulisse befindet.

Um bei der vorgeschlagenen Anordnung die Lastschaltbarkeit dauerhaft zu gewähr- leisten, ist vorgesehen, dass die Schaltwalze und die Schaltklinke aus gehärtetem Stahl oder aus einer Aluminiumlegierung mit einer hartanodisierten Oberfläche aus- geführt sind. Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltklinke als Kipphebel oder auch als Schlepphebel ausgeführt ist. Kipphebel sind als zweisei- tige Hebel ausgeführt, während Schlepphebel als ein einseitiger Hebel ausgeführt sind.

Um die Schmierung und damit die Ölversorgung der Schaltwalze bei der vorgeschla- genen Anordnung zu optimieren, wird die Schaltwalze einem Ölsumpf des Getriebes zugeordnet. Auf diese Weise steht ausreichend Öl für die Schmierung der Schalt- walze zur Verfügung.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung beansprucht ein Tretlagergetriebe mit zumindest einer vorbeschriebenen Anordnung zum Schalten von Schaltelementen, insbeson- dere von Bremsschaltelemente, sodass sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile ergeben.

Ein nächster Aspekt der Erfindung beansprucht ein Fahrrad oder Pedelec mit dem vorbeschriebenen Tretlagergetriebe, sodass sich die bereits beschriebenen und wei- tere Vorteile ergeben.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläu- tert.

Es zeigen: Figur 1 eine schematische geschnittene Teilansicht einer möglichen Ausfüh- rungsvariante einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Betätigen eines Schaltele- ments eines Getriebes;

Figur 2 eine vergrößerte Detailansicht eines ersten Kontaktlinienbereiches zwi- schen einem Kontaktflächenverlauf an einem ersten Ende einer Schaltklinke und ei- nem Kontaktflächenverlauf an einer Außenverzahnung eines Schaltrings der Anord- nung;

Figur 3 eine Detailansicht der in der Außenverzahnung des Schaltrings einge- legten Schaltklinke gemäß Figur 1 ;

Figur 4 eine weitere Detailansicht der in der Außenverzahnung des Schaltrings eingelegten Schaltklinke gemäß Figur 1 ; und

Figur 5 eine vergrößerte Detailansicht eines zweiten Kontaktlinienbereiches zwischen einem Kontaktflächenverlauf an einem zweiten Ende der Schaltklinke und einem Kontaktflächenverlauf an einer Schaltkulisse einer die Schaltklinke betätigen- den Schaltwalze gemäß Figur 1.

In den Figuren 1 bis 5 ist eine mögliche Ausführungsvariante einer erfindungsgemä- ßen Anordnung zum Betätigen eines beispielsweise als Bremsschaltelement ausge- führten Schaltelements vorzugsweise anhand eines Tretlagergetriebes eines Fahrra- des oder Pedelecs 1 exemplarisch dargestellt.

Die Anordnung umfasst eine schwenkbar um eine Schwenkachse 2 gelagerte Schalt- klinke bzw. Bremsklinke 3 und einen einem Getriebeelement zugeordneten drehba- ren Schaltring bzw. Bremsring 4 mit einer Außenverzahnung 5, wobei ein erstes Ende 6 der Schaltklinke 3 der Außenverzahnung 5 des Schaltrings 4 zum Sperren oder Freigeben des Schaltrings 4 zum Schalten einer Übersetzungsstufe zugeordnet ist und wobei ein zweites Ende 7 der Schaltklinke 3 einer Schaltkulisse 8 mit einem alternierend ansteigenden und abfallenden Verlauf an einem Außenumfang einer eine Schaltklinke 3 betätigenden Schaltwalze 9 zugeordnet ist. Der ansteigende bzw. abfallende Verlauf wird durch einen rampenförmigen wiederkehrenden Berg-Talver- lauf an der Schaltwalze 9 als Schaltkulisse 7 realisiert.

Um eine Lastschaltbarkeit mit möglichst gleichmäßigem Schaltmomentverlauf mit der vorgeschlagenen Anordnung zu realisieren, ist ein erster Kontaktlinienbereich 10 zwi- schen einem Kontaktflächenverlauf 11 an dem ersten Ende 6 der Schaltklinke 3 und einem Kontaktflächenverlauf 12 an der Außenverzahnung 5 des Schaltrings 4 derart ausgeführt, dass ein zwischen einem ersten Schenkel als Verbindung 26 des ersten Kontaktlinienbereichs 10 mit der Schwenkachse 2 der Schaltklinke 3 und einem zwei- ten Schenkel als Kontaktflächenverlauf 11 an dem ersten Kontaktlinienbereich 10 ge- bildeter Kontakt-Eingriffswinkel φ der Schaltklinke 3 von etwa 94° plus/minus 3° vor- gesehen ist.

Mit dem vorgeschlagenen Kontakt-Eingriffswinkel φ, wie in Figur 1 dargestellt, wird die Lastschaltbarkeit insbesondere bei Rückschaltung aus einem höheren in einen niedrigeren Gang realisiert. Zudem sind die Reaktion- und Betätigungskräfte an der Schaltklinke durch den gewählten Kontakt-Eingriffswinkel φ verhältnismäßig gering. Zum anderen wird durch das gleichmäßige Betätigungsmoment über den Auslege- vorgang der Schaltklinke 3 das Momentniveau insgesamt auf einen Minimalwert re- duziert, da keine Momentspitzen während des Schaltverlaufes auftreten.

Aus Figur 1 ist ferner ersichtlich, dass sich bei dem gewählten Kontakt-Eingriffswinkel φ die Verbindung 26 des ersten Kontaktlinienbereiches 10 mit der Schwenkachse 2 Schaltklinke 3 um einen Winkel von 4° plus/minus 2° verschiebt, sodass sich durch weitere 90° der optimale Kontakt-Eingriffswinkel φ von 94° plus/-2° ergibt.

Gemäß Figur 2 ist der erste Kontaktlinienbereich 10 zwischen der Schaltklinke 3 und dem Schaltring 4 vorzugsweise so ausgeführt, dass sich ein Zahnkopfträger am Schaltring 4 ergibt. Die Toleranzen für die Neigung des Kontaktflächenverlaufs 11 an dem ersten Ende 6 der Schaltklinke 3 und des Kontaktflächenverlaufs 12 an der Au- ßenverzahnung 5 des Schaltrings 4 werden derart gewählt, dass sich nur im Extrem- fall ein Flächenkontakt zwischen dem Schaltring 4 und der Schaltklinke 3 ergibt (gleichzeitig Zahnkopfträger und Zahnfußträger) ansonsten aber ein Zahnkopfträger realisiert wird. Dadurch bleiben die Kontaktverhältnisse über den gesamten Auslege- vorgang konstant und es findet keine oder nur eine minimale Verschiebung der Kon- taktlinie an dem ersten Kontaktlinienbereich 10 statt.

Der Kontaktflächenverlauf 11 an dem ersten Ende 6 der Schaltklinke 3 wird vorzugs- weise als Evolventenverlauf oder zumindest als angenäherter Evolventenverlauf aus- geführt. Dadurch wird das benötigte Schaltmoment über den gesamten Auslegevor- gang konstant gehalten. Zumindest eine angenäherte Evolvente ergibt sich als Kon- taktflächenverlauf 11 , wenn sich der Radiusmittelpunkt 20 des Kontaktflächenver- laufs 11 an dem ersten Ende 6 der Schaltklinke 3 auf einer Schenkellinie 16 befindet, die im Winkel β von 90° plus/minus 10° zur Verbindung 17 von dem ersten Kontaktli- nienbereich 10 zwischen der Schaltklinke 3 und dem Schaltring 4 an dem Kontaktflä- chenverlauf 11 zur Schwenkachse 2 der Schaltklinke 3 befindet, wie dies in Figur 3 dargestellt ist.

Der Kontaktflächenverlauf 12 an der Außenverzahnung 5 des Schaltrings 4 wird vor- zugsweise als Ebene ausgeführt. Es ist jedoch denkbar, dass der Verlauf des Kon- taktflächenverlaufs 12 ebenfalls als Evolvente oder zumindest angenäherte Evol- vente ausgeführt wird.

In Figur 4 ist als erster Schenkel eine Verbindung 18 von einer Drehachse 27 des Schaltrings 4 zu dem ersten Kontaktlinienbereich 10 und als zweiter Schenkel eine Verbindung 19 von dem ersten Kontaktlinienbereich 10 zu der Schwenkachse 2 der Schaltklinke 3 dargestellt, wobei sich die Verbindung 19 ausgehend von dem ersten Schenkel von 90° plus Winkel α ergibt. Durch einen möglichst geringen Betrag des Winkels α werden möglichst niedrige Kontaktkräfte an dem ersten Kontaktlinienbe- reich 10 sichergestellt. Der Winkel α kann aber auch vergrößert werden, wodurch eine Erhöhung der Zähnezahl an der Außenverzahnung 5 des Schaltrings 4 möglich wird. Dadurch lässt sich der Leerhub am Pedal des Fahrrades oder Pedelecs 1 ver- ringern.

In Figur 5 ist der zweite Kontaktlinienbereich 13 zwischen dem zweiten Ende 7 der Schaltklinke 3 und der Schaltkulisse 8 an der Schaltwalze 9 detailliert dargestellt. Die Schaltkulisse 8 weist einen alternierend ansteigenden und abfallenden Verlauf an dem Außenumfang der Schaltwalze 9 auf. Dieser rampenförmige Verlauf wird durch die Übergänge von Tal zu Berg an der Schaltkulisse 8 realisiert. Die Auslegerampe bzw. der ansteigende Verlauf zum Auslegen der Schaltklinke 3 im Übergang von ei- nem Tal zu einem Berg an der Schaltkulisse 8 wird in beide Richtungen vorzugs- weise in angenäherter Evolventenform ausgeführt. Der Radiusmittelpunkt 21 des de- tailliert dargestellten Kontaktflächenverlaufs 15 an der Schaltkulisse 8 zum Auslegen der Schaltklinke 3 liegt dabei auf einer Schenkellinie 22, die durch die Schwenkachse 2 der Schaltklinke 3 verläuft und sich mit der Mittelsenkrechten 23 auf den zweiten Kontaktlinienbereich 13 zwischen den beiden extremen äußersten und innersten Kontaktlinien 24, 25 in einem Winkel μ von etwa 90° plus/minus 5° befindet.

Der Kontaktflächenverlauf 14 an dem zweiten Ende 7 der Schaltklinke 3 ist vorzugs- weise eine Kreisfläche. Es ist denkbar, dass der Kontaktflächenverlauf 14 an der Schaltklinke 3 ebenfalls einen Evolventenverlauf oder zumindest einen angenäherten Evolventenverlauf bildet.

Aufgrund der vorgesehenen Verläufe an dem ersten Kontaktlinienbereich 10 zwi- schen der Schaltklinke 3 und dem Schaltring 4 sowie an dem zweiten Kontaktlinien- bereich 13 zwischen der Schaltklinke 3 und der Schaltkulisse 8 wird in besonderer Weise eine Gleichmäßigkeit des Schaltmomentverlaufes über den Gangwechsel an der Schaltklinke 3 und der Schaltwalze 9 realisiert und somit das erforderliche Ver- drehmoment der Schaltwalze 9 während des Gangwechsels reduziert, der Schalt- komfort erhöht und gleichzeitig der Verschleiß an der Schaltklinke 3 und der Schalt- walze 9 verringert.

Die Schaltwalze 9 und die Schaltklinke 3 sind vorzugsweise aus einer oberflächlich hartanodisierten Aluminiumlegierung ausgeführt, um sowohl Gewicht zu reduzieren als auch die tribologischen Gleiteigenschaften zu optimieren. Bezugszeichen

1 Fahrrad oder Pedelec

2 Schwenkachse der Schaltklinke

3 Schaltklinke bzw. Bremsklinken

4 Schaltring bzw. Bremsring

5 Außenverzahnung

6 erstes Ende der Schaltklinke

7 zweites Ende der Schaltklinke

8 Schaltkulisse

9 Schaltwalze

10 erster Kontaktlinienbereich zwischen Schaltklinke und Schaltring

11 Kontaktflächenverlauf an dem ersten Ende der Schaltklinke

12 Kontaktflächenverlauf an der Außenverzahnung des Schaltrings

13 zweiter Kontaktlinienbereich zwischen Schaltklinke und Schaltkulisse

14 Kontaktflächenverlauf an dem zweiten Ende der Schaltklinke

15 Kontaktflächenverlauf an der Schaltkulisse

16 Schenkellinie durch die Drehachse der Schaltklinke

17 Verbindung von dem ersten Kontaktlinienbereich zur Schwenkachse der Schaltklinke

18 Verbindung von einer Drehachse des Schaltrings zu dem ersten Kontaktli- nienbereich

19 Verbindung zwischen dem erstem Kontaktlinienbereich und Schwenkachse

20 Radiusmittelpunkt des Kontaktflächenverlaufs am ersten Ende der Schalt- klinke

21 Radiusmittelpunkt des Kontaktflächenverlaufs an der Schaltkulisse

22 Schenkellinie durch die Schwenkachse der Schaltklinke

23 Mittelsenkrechte auf den zweiten Kontaktlinienbereich an dem Kontaktflä- chenverlauf der Schaltkulisse

24 extreme bzw. äußerste Kontaktlinie des zweiten Kontaktlinienbereichs

25 extreme bzw. innerste Kontaktlinie des zweiten Kontaktlinienbereichs

26 Verbindung des ersten Kontaktlinienbereichs mit der Drehachse der Schalt- klinke 27 Drehachse des Schaltrings α Winkel β Winkel φ Kontakt-Eingriffswinkel μ Winkel