Die Erfindung betrifft eine Tretlagerschaltung mit hochfesten Zahnrädern für ein Fahrrad sowie ein Fahrrad mit einer solchen Tretlagerschaltung mit hochfesten Zahnrädern.

Wenn im Rahmen der folgenden Beschreibung von einer Tretlagerschaltung mit hochfesten Zahnrädern die Rede ist, so sind in gleicher Weise damit hochfeste Zahnräder für eine Tretlagerschaltung gemeint. Auch ist an dieser Stelle anzuführen, dass die Begriffe Tretlagerschaltung, Tretlagergetriebe, Mehrfachgetriebe oder Getriebeeinheit oft in der Literatur und Patentschriften für die gleiche Sache verwendet werden. Zusätzlich ist an dieser Stelle anzuführen, dass die Begriffe Kupplungsvorrichtung und Schaltvorrichtung ebenfalls oft in der Literatur und Patentschriften für die gleiche Sache verwendet werden.

Fahrräder weisen optional auch einen Hilfsantrieb auf, der die Tretbewegung eines Radfahrers unterstützt. Diese Fahrräder werden dann auch Elektrofahrräder genannt. Eine Gangschaltung sorgt beim Fahrrad dafür, dass über einen weiten Geschwindigkeitsbereich mit etwa gleichbleibender Trittfrequenz pedal iert werden kann.

Der Hilfsantrieb sitzt bei den hier betrachteten Elektrofahrrädern in der Nähe des Tretlagers. Bei dieser Konfiguration kommen üblicherweise Kettenschaltungen oder Nabenschaltungen zum Einsatz, weil am Tretlager nicht ausreichend Platz zur Verfügung steht. Kettenschaltungen sind jedoch insofern nachteilig, als die Komponenten der Gangschaltung, nämlich die Ritzel an der Hinternabe, das wenigstens eine Kettenblatt sowie die Kette nebst Kettenumwerfer ungeschützt sind und daher leicht verschmutzen. Eine Kettenschaltung ist daher vergleichsweise wartungsintensiv.

Nabenschaltungen werden anstelle von oder zusammen mit Kettenschaltungen am Hinterrad verwendet. Die Nabenschaltungen sind von der Außenumgebung abgekapselt in einem Gehäuse angeordnet und daher weitgehend wartungsfrei. Nachteilig ist jedoch bei Nabenschaltungen das hohe Gewicht am Hinterrad, das zu einer ungünstigen Gewichtsverteilung führt. Nicht nur beim Tragen, sondern auch in Kurvenfahrten oder bei sportlicher Fahrt im Gelände ist das hohe Gewicht an der Hinterradnabe störend.

Eine deutlich vorteilhaftere Gewichtsverteilung ergibt sich, wenn die Gangschaltung mittig im Fahrrad positioniert ist, wie dies beispielsweise bei Tretlagerschaltungen der Fall ist. Allerdings sind Tretlagerschaltungen recht groß, so dass um das Tretlager herum kein Platz für den Elektromotor bleibt. Zudem sind die Tretlagerschaltungen von sich aus bereits so schwer, dass das zusätzliche Gewicht eines Hilfsantriebs zu einem Elektrofahrrad führen würde, das für den Alltag oder für die Weiterfahrt bei leerer Batterie zu schwer wäre.

Bereits ab den 50er Jahren des 20sten Jahrhunderts wurden Fahrräder der Marke NSU Quickly mit Hilfsantrieb und Gangschaltung in der Nähe des Tretlagers in Serie gebaut. Beispielhaft sei an dieser Stelle die DE967668 genannt. Bereits hier konnte der Fahrer seine T rittfrequenz an die Fahrgeschwindigkeit durch Einlegen von unterschiedlichen Gängen einregeln.

Auch ist aus der DE19750659A1 und der US2011/0120794A1 ein Schaltgetriebe mit Hilfsantrieb bekannt, welches in der Nähe des Tretlager angeordnet ist. Diese Konstruktionen sind leider relativ groß und schwer, was als nachteilig zu werten ist. Ein weiterer Nachteil dieser Konstruktionen ist, dass ein Gangwechsel unter Last ohne Unterbrechung der Tretbewegung nicht möglich ist.

Im Laufe der Jahre wurden Tretlagerschaltungen Fahrräder immer weiter entwickelt. In Bezug auf Baugröße und Gewicht ist ein Aufbau des Schaltgetriebes gemäß EP1445088A2 vorteilhaft. Hierbei handelt es sich um eine Getriebeeinheit eines mit Muskelkraft betriebenen Fahrzeugs, mit einer ersten Welle, die meist parallel zur Tretlagerwelle angeordnet ist und an der eine Mehrzahl von Losrädern gelagert sind, und einer entsprechenden Anzahl von Zahnrädern, die an wenigstens einer zweiten Welle gelagert sind, wobei die Losräder jeweils mittels Kupplungsmitteln mit der ersten Welle verbindbar sind, wobei die erste Welle als Hohlwelle ausgebildet ist und einen oder zwei koaxial innenliegende Schaltbolzen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Schaltbolzen mit Antriebsmitteln verbunden ist oder sind, die dazu ausgelegt sind, den oder die Schaltbolzen axial zu verschieben. Die erste Welle wird auch oft Schaltwelle genannt. Die Kupplungsmittel, auch oft Schaltkupplungen oder Schaltmittel genannt, sind hierbei als formschlüssige Freiläufe ausgeführt und befinden sich auf axial verschiebbaren Schaltbolzen angeordnet. Es sind somit Freilaufkörper auf den Schaltbolzen angeordnet.

Ein Drehmoment, welches vom Fahrradfahrer auf das Getriebe während der Fahrt und auch während des Schaltvorgangs eingeleitet wird, muss von der Welle über die Kupplungsmittel in das jeweilige Zahnrad geleitet werden. Ein Schalten unter Last ist bei dieser Art von Schaltgetrieben sehr schlecht möglich, da die axiale Bewegung des Kupplungsmittels umso schwerer geht, je mehr Drehmoment durch den Fahrer eingeleitet wird. Die Ursache ist die erhöhte Flächenpressung zwischen den kraftübertragenen Bauteilen.

Die Antriebsmittel, die auch oft Betätigungsmittel genannt werden, sind beim Schalten unter Last aufgrund der erhöhte Flächenpressung nicht mehr in der Lage die Kupplungsmittel zu bewegen. Die Schaltkraft ist die Kraft, die das Betätigungsmittel aufbringen muss, um die Kupplungsmittel zu bewegen. Falls sich innerhalb eines Getriebes die Schaltkraft in Abhängigkeit vom Drehmoment des Fahrers erhöht, ist das als großer systemimmanenter Nachteil zu werten.

Schaltgetriebe nach dem Stand der Technik besitzen diesen systemimmanenten Nachteil. Betrachtet man die EP 2 379402 B2, so kann hier jedes einzelne Losrad mit Hilfe von jeweils einem Freilaufzahn, welcher auf der Schaltwelle beweglich angeordnet ist, zur Schaltwelle eingekuppelt werden. Die Freilaufzähne werden durch Federn ständig in Richtung die Kupplungsverzahnungen der Losräder gedrückt. Die Geometrie der Freilaufzähne ist so gewählt, dass sie betriebssicher unter Last in der Kupplungsverzahnung des Losrades eingekuppelt verbleiben und während des Betriebs keine Reaktionskraft in Richtung des Betätigungsmittels entsteht. Das Betätigungsmittel, welches in dieser Konstruktion innerhalb der Schaltwelle als Nockenwelle rotiert, muss beim Schalten unter Last den relevanten Freilaufzahn aus seinem Formschluß lösen und hierbei enorme Reibkräfte überwinden. Auch hier erhöht sich die Schaltkraft, wenn durch den Benutzer ein erhöhtes Drehmoment über die Pedalen in die Tretlagerwelle eingespeist wird. Dieses ist als Nachteil zu werten.

Betrachtet man die Patentschrift DE 10 2013 112 788 B4 oder die US10526044B2, so wird hier das Schaltverhalten unter Last zwar durch eine optimierte Gestalt des Betätigungsmittels zwar verbessert, der Umstand, dass die Reibkräfte zwischen den Freilaufzähnen und der Innenverzahnung der Losräder dennoch vollständig durch das Betätigungsmittel überwunden werden müssen, ist als Nachteil dieser Ausführung zu werten.

Das Betätigungsmittel wird meist durch die menschliche Hand am Lenker des Fahrrades betätigt. In neuartigen Ausführungen nach dem Stand der Technik ist auch eine Betätigung durch elektrische Aktuatoren üblich. Da die menschliche Hand und auch kleine Elektromotoren, wie sie innerhalb von Aktuatoren Verwendung finden, nur eine begrenzte mechanische Arbeit erbringen können, besteht also Bedarf an einer Tretlagerschaltung mit geringen Schaltkräften und verbessertem Lastschaltverhalten.

Beim Radfahren darf es während eines Gangwechsels niemals zu einem Durchrutschen der Pedale kommen. Der Fahrradfahrer darf nicht plötzlich “ins Leere“ treten. Hierdurch können Verletzungen, besonders im Kniebereich, auftreten. Viele Getriebe nach dem Stand der Technik sind so aufgebaut, dass kein Leerlauf zwischen einzelnen Gängen während des Gangwechsels auftreten kann. Beispielhaft sei an dieser Stelle die Patentschrift DE102004045364.0 angeführt. Die Kupplungsmittel besitzen eine Freilauffunktion und sind von aussen durch ein Betätigungsmittel ansteuerbar. Dieses Tretlagergetriebe ist dadurch gekennzeichnet, daß sich während des Schaltvorganges der Zustand von mindestens zwei Kupplungsmitteln gleichzeitig ändert. Die Änderung des Zustands der Kupplungsmittel innerhalb des Schaltvorgangs so zu steuern, daß kein Leerlauf eintritt, wird so erreicht.

Ein weiteres Beispiel für eine gute Ausführung kann aus der Patentschrift WO 2009/132605 A1 entnommen werden. Auch diese Ausführung besitzt viele Losräder, die nebeneinander auf einer Welle gelagert sind und sich mit Hilfe von schaltbare Freiläufen mit der Welle verbinden lassen. Damit es in keiner Situation zu einem Durchrutschen kommen kann, gibt es zwischen 2 Gängen innerhalb des Schaltvorgangs immer einen bestimmten Zeitraum, in welchem zwei Freilaufkörper betätigt sind und aktiv in Innenverzahnungen der Losräder gedrückt werden und somit in eine Drehrichtung dafür sorgen, daß eines von den zwei relevanten Losrädem Drehmoment auf die Welle übertragen kann.

Betrachtet man Getriebe nach dem Stand der Technik wie zum Beispiel in der Patentschrift EP 1982913A1 dargestellt, so werden auch hier die Kupplungsmittel durch Rotation des Betätigungsmittels angesteuert. Da sich das Betätigungsmittel an einer Welle befindet, die während der Fahrt rotiert, muß der Schaltbefehl mit Hilfe eines Überlagerungsgetriebes vom stehenden Gehäuse auf die rotierende Welle übertragen werden. Falls das Überlagerungsgetriebe, welches meist als Planetengetriebe ausgestaltet ist, sich gemäß dem Stand der Technik koaxial und seitlich neben der Schaltwelle befindet, vergrößert sich die Baubreite des Getriebes in nachteilhafter Weise.

Der Q-Faktor beim Fahrrad bestimmt die Standbreite und bezeichnet den seitlichen Abstand der Montagepunkte der Pedale an den Kurbeln. Falls das Getriebegehäuse eine bestimmte Baubreite überschreitet, wird der Q-Faktor zu groß und das hat ergonomische und biomechanische Nachteile.

Es besteht also Bedarf an einer Tretlagerschaltung mit einem schmalen Getriebegehäuse. Falls Getriebe nach dem Stand der Technik über eine hohe Anzahl an nutzbaren Gängen verfügen sollen, werden oft zwei Getriebestufen hintereinandergeschaltet, um dieses Ziel zu erreichen.

Gut erkennbar ist ein solcher Aufbau beispielhaft in Figur 1 in der Patentschrift US5924950 oder in der Figur 8 aus der EP1445088A2 dargestellt. In diesem Fall verfügen diese Getriebe über mehrere Betätigungsmittel die durch den Benutzer im Fall von bestimmten Gangwechseln gleichzeitig angesteuert werden müssen. Die Notwendigkeit einer zweifachen Bedienung der Betätigungsmittel durch den Benutzer des Fahrrades ist nachteilig.

Der Benutzer möchte nur einen Bedienbefehl auslösen, um von einen Gang in einen anderen Gang zu wechseln. Um diese Funktion umzusetzen, sind dem Fachmann die sogenannten Schrittschaltgetriebe bekannt. Hier wird zum Beispiel eine mechanische Eingangsbewegung in zwei Ausgangsbewegungen mit unterschiedlichem Takt aufgeteilt. Ein axial besonders platzsparendes Schrittschaltgetriebe von Siemens ist beispielsweise aus der Patentschrift DE1113618 bekannt.

Getriebe, die mehrere Betätigungsmittel und Kupplungsmittel mit Hilfe von Schrittschaltgetrieben gleichzeitig ansteuern, sind beispielweise aus den Patentschriften FR2776613A1 , DE102009060484B4 oder DE000019720794A1 bekannt. In den genannten Ausführungen steht jedoch meist für das Schrittschaltgetriebe nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung, sodass auch nur eine begrenzte Schaltkraft übertragen werden kann.

Um Lastschaltfähigkeit zu erreichen, wird eine hohe Schaltkraft benötigt. Es besteht folglich Bedarf an einer Tretlagerschaltung mit genügend Bauraum für ein Überlagerungsgetriebe und ein Schrittschaltgetriebe, damit diese Getriebe auch hohe Schaltkräfte beim Schalten unter Last übertragen können. Der gesamte Bauraum der Tretlagerschaltung sollte zusätzlich jedoch rückwärtig zum Hinterrad möglichst klein sein, damit genug Platz für die Bereifung, eine kurze Kettenstrebenlänge und ebenfalls genug Platz für Drehpunkte einer optimalen Federungskinematik zur Verfügung steht.

Es besteht also Bedarf an einer Tretlagerschaltung eines Fahrrades, die so klein und schmal baut, dass sie optional mit einem Hilfsantrieb am Tretlager kombiniert werden kann, nur ein geringes Gewicht aufweist und mit modernen Federungskonstruktionen kompatibel ist. Zusätzlich besteht Bedarf an einer Tretlagerschaltung verbessertem Lastschaltverhalten, wobei jedoch in keiner Fahrsituation und Schaltsituation ein Durchrutschen der Pedale auftreten darf. Die Schaltkräfte sollten im Vergleich zum Stand der Technik reduziert sein.

Elektrofahrräder ohne Tretlagerschaltung nach dem Stand der Technik besitzen in ihrem Gehäuse genügend Bauraum, um einen Drehmomentsensor und einen Drehzahlsensor unterzubringen. Die Summe aller Sensoren und elektronischen Bauteile, die innerhalb eines Elektrofahrrads mit Hilfsantrieb, insbesondere in Form eines Mittelmotors, verwendet werden, um Signale zu erzeugen, die für die Steuerung oder Regelung des Motors in der vom Benutzer gewünschten Weise erforderlich sind, seien im Folgenden als Sensoranordnung bezeichnet.

Um die oben beschriebenen Probleme der Integration einer vorteilhaften Tretlagerschaltung in einem Elektrofahrrads mit Hilfsantrieb, insbesondere in Form eines Mittelmotors, zu lösen, bedarf es eines sehr leicht und bauenden Getriebes. Die Zahnräder innerhalb des Getriebes, die auf der einen Seite die Drehzahl des Elektromotors reduzieren und die Zahnräder, die als Antriebs-, Abtriebs- und Losräder für die Schaltfunktion verantwortlich sind, können nicht klassisch mit der Methode des Abwälzfräsens hergestellt werden, da sie sonst viel zu schwer werden würden und auch einen zu großen Bauraum einnehmen würden.

Es besteht also Bedarf an hochfesten Zahnrädern für eine Tretlagerschaltung eines Fahrrades. Diese hochfesten Zahnräder sollten eine Gestalt haben, die zu einer geringen Masse und eine schmale Baubreite der Tretlagerschaltung führt und zusätzlich die Festigkeit der Zahnräder erhöht.

Die Erfindung löst dieses Problem durch eine Tretlagerschaltung nach Anspruch 1. Sie stellt eine Tretlagerschaltung mit hochfesten Zahnrädern, insbesondere für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug, mit einem Getriebe bereit, wobei das Getriebe eine Schaltwelle aufweist, an der eine Mehrzahl von Losrädern gelagert sind, die mit einer entsprechenden Mehrzahl von Zahnrädern Radpaare bilden, wobei die Losräder mittels Kupplungskörpern mit der Schaltwelle verbindbar sind.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Tretlagerschaltung zeichnet sich durch eine beliebige Kombination der folgenden Merkmale aus: a) mindestens vier Losräder, die auf der Schaltwelle gelagert sind, sind jeweils mit mindestens einer Innenverzahnung ausgestaltet; b) die Radpaare sind miteinander über eine Aussenverzahnung verbunden; c) die mindestens zwei Losräder mit mindestens zwei Antriebszahnrädern und mindestens zwei Abtriebszahnrädem stehen über die Aussenverzahnung in Verbindung; d) mindestens an einem Antriebszahnrad oder an einem Abtriebszahnrad oder an einem Losrad sind die Zähne der Aussenverzahnung mindestens teilweise seitlich über einen Steg miteinander verbunden. Diese Ausgestaltung ist vorteilhaft, da auf diese Weise die Zahnräder leicht gebaut werden können und trotzdem hohe Lasten übertragen können. Zahnfussspannungen werden reduziert.

Wenn die Kupplungskörper eine formschlüssige Verbindung mit einer Innenverzahnung einnehmen können und bevorzugt bei mindestens einem Losrad die Innenverzahnung seitlich gegenüber der Aussenverzahnung beabstandet ist, können Tretlagergetriebe mit einer großen Übersetzungsbandbreite umgesetzt werden, da die Losräder sehr klein gestaltet werden können.

Die Anzahl der Gangstufen kann innerhalb der Tretlagerschaltung bevorzugt weiter erhöht werden, wenn ein erstes Teilgetriebe und ein zweites Teilgetriebe zur Kraftübertragung in Reihe geschaltet sind, wobei das erste Teilgetriebe und das zweite Teilgetriebe eine Schaltwelle aufweist, an der eine Mehrzahl von Losrädern gelagert sind, die mit einer entsprechenden Mehrzahl von Zahnrädern Radpaare der jeweiligen Teilgetriebes bilden, wobei die Losräder mittels Kupplungskörpern mit der Schaltwelle verbindbar sind.

Um die Zahnfußspannungen zusätzlich innerhalb der Kupplungsverzahnungen der Losräder vorteilhaft zu reduzieren, ist die Tretlagerschaltung dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung auf mindestens einem Losrad Zähne besitzt, wobei die Zähne mindestens teilweise seitlich über einen Steg miteinander verbunden sind.

Um das Gewicht weiter zu reduzieren und um die Festigkeit weiter zu erhöhen, sind mindestens an einem Antriebszahnrad oder an einem Abtriebszahnrad oder an einem Losrad die Zähne der Aussenverzahnung und der Innenverzahnung mindestens teilweise über einen Verstärkungsring stoffschlüssig miteinander verbunden.

Wenn sich der Verstärkungsring axial zwischen der Aussenverzahnung und der Innenverzahnung befindet und sich eine Lagerung innerhalb des Volumens, welches durch die Mantelfläche der Aussenverzahnung gebildet wird, befindet, können Zahnräder mit sehr kleinen Zähnezahlen umgesetzt werden. Dieses erhöht vorteilhaft die Übersetzungsbandbreite des Getriebes. Dieser Umstand wird noch weiter verbessert, wenn bevorzugt der Durchmesser der Lagerung kleiner ist als der kleinste Durchmesser innerhalb der Innenverzahnung.

Das Gewicht des Tretlagergetriebes kann weiter verringert werden, wenn mindestens zwei Antriebszahnräder, die sich konzentrisch zur Tretlagerwelle befinden, aus einem Stück gefertigt sind. Eine zusätzliche Gewichtsreduzierung wird bevorzugt dadurch erreicht, dass mindestens zwei Abtriebszahnräder aus einem Stück gefertigt sind.

Wenn die Tretlagerschaltung dadurch gekennzeichnet, dass seitlich neben den zwei Antriebszahnräder ein drittes Antriebszahnrad angeordnet ist, welches fest über einen ringförmigen Hohlkörper mit den zwei Antriebszahnräder verbunden ist, entsteht Bauraum für die Kugellagerung der Tretlagerwelle. Dieses führt in vorteilhafter Weise zu einer Reduzierung der Baubreite des Getriebes und zu einer Verbesserung des Q-Faktors.

Ein besonders platzsparende und kostengünstig umsetzbare Tretlagerschaltung wird erreicht, wenn an einem Antriebszahnrad oder einem Abtriebszahnrad eine Sensorplatine mit elektronischen Bauteilen befestigt ist, wobei die elektronischen Bauteile ein elektronisches Signal bereitstellen, welches mindestens das Drehmoment des Fahrradfahrers repräsentiert.

Die Festigkeit der Zahnräder, die sich koaxial zur Tretlagerwelle befinden, kann bevorzugt verbessert werden, wenn axial seitlich und zwischen zwei Antriebs- oder Abtriebszahnrädern eine ringförmige Verstärkungsscheibe stoffschlüssig angeordnet ist, wobei der Außendurchmesser der Verstärkungsscheibe größer ist als der Fußkreisdurchmesser von mindestens einem der beiden Zahnräder und der Außendurchmesser der Verstärkungsscheibe mindestens dem Wälzkreisdurchmesser des größeren der zwei Zahnräder entspricht.

Das Gewicht der Schaltwelle kann vorteilhaft reduziert werden, wenn die Schaltwelle in dem Bereich, in dem sie mit dem Losrad in Verbindung steht, welches eine Innenverzahnung besitzt, die seitlich beabstandet ist, sich dadurch auszeichnet, dass die Schaltwelle in diesem Bereich zwei unterschiedliche Außendurchmesser besitzt. Der kleinere Außendurchmesser ist vorteilhaft in Fahrtrichtung links positioniert, da dann auf der rechten Seite Raum für das Betätigungsmittel entsteht.

Eine besonders einfache Einkopplung des elektrischen Hilfsantriebs wird erreicht, wenn das Losrad, welches eine Innenverzahnung besitzt, die seitlich beabstandet ist, sich dadurch auszeichnet, dass es mit dem größten Antriebszahnrad im Eingriff steht und dass das größten Antriebszahnrad koaxial zur Tretlagerwelle angeordnet ist. Im Folgenden ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand von beispielhaften Ausgestaltung exemplarisch erläutert. Nach Maßgabe der obigen Ausführungsformen können einzelne Merkmale weggelassen werden, sollte es auf den technischen Effekt eines Merkmals bei einer bestimmten Anwendung nicht ankommen. Umgekehrt kann ein bei einer beispielhaften Ausgestaltung nicht beschriebenes oder dargestelltes Merkmal hinzugenommen werden, wenn es auf den technischen Effekt dieses Merkmals bei einer bestimmten Anwendung ankommen sollte.

In den Zeichnungen sind für Elemente, die einander hinsichtlich Aufbau und/oder Funktion entsprechen, dieselben Bezugszeichen verwendet.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine Seitenansicht von einem Elektrofahrrad mit Tretlagerschaltung in einer ersten Ausgestaltung.

Fig. 2 Eine perspektivische Darstellung der Tretlagerschaltung aus Figur 1 von links hinten.

Fig. 3 Eine Seitenansicht der Tretlagerschaltung von rechts.

Fig. 4 Eine Schnittdarstellung durch die Ebene, die durch die Rotationsachse der Tretlagerwelle und durch die Rotationsachse der Schaltwelle aufgespannt wird.

Fig. 5 Einen Querschnitt durch die Ebene A-B aus Figur 4.

Fig. 6 Eine perspektivische Darstellung der Tretlagerschaltung aus Figur 2 ohne Gehäuse.

Fig. 7 Eine perspektivische Darstellung der Baugruppe der Schaltwelle.

Fig. 8 Schnitte durch ein Losrad der Tretlagerschaltung in der Ansicht von links in unterschiedlichen Zuständen.

Fig. 9 Schematische Darstellungen der Schaltzustände aus Figur 8.

Fig. 10 Schematische Darstellung des Kupplungsmittels im Vergleich zum Stand der Technik.

Fig. 11 Die Schaltwelle und die Kupplungsmittel in detaillierter perspektivischer Darstellung.

Fig. 12 Einen Schnitt durch das Betätigungszahnrad der Schaltwelle der Tretlagerschaltung. Fig. 13 Einen Schnitt durch das Schrittschaltgetriebe der Schaltwelle der Tretlagerschaltung.

Fig. 14 Eine schematische Darstellung des rechten Endes der Schaltwelle und sämtlicher Betätigungsmittel.

Fig. 15 Unterschiedliche Darstellungen des Losrades 51 aus Figur 4.

Fig. 16 Eine perspektivische Darstellung der Abtriebszahnräder.

Fig. 17 Eine perspektivische Darstellung der Antriebszahnräder.

Figur 1 zeigt die Seitenansicht von einem Elektrofahrrad mit Tretlagerschaltung in einer ersten Ausgestaltung. In vorteilhafter Ausgestaltung ist der elektrische Antriebsmotor ebenfalls in der Tretlagerschaltung integriert. Der Rahmen 1 ist aus einem Oberrohr 2, einem Unterrohr 3 und einem Sitzrohr 4 zusammengefügt. Die Batterie 5 ist um Unterrohr 3 integriert. Am unteren Ende des Sitzrohrs 4 und des Unterrohres 3 befindet sich eine Halterung 9, in der die Tretlagerschaltung 10 eingeschraubt ist. Das Hinterrad 13 ist an einer Schwinge 14 befestigt und rotiert um die Drehachse 19. Das Fahrzeug besitzt eine Vorderradfederung 15 sowie auch eine Hinterradfederung 16. Der Fahrradfahrer speist seine mechanische Leistung über die Pedalen 6 in die Kurbelarme 7 ein. Über die Kurbelarme 7 wird die menschliche Antriebsleistung in die Tretlagerschaltung 10 eingespeist. Innerhalb der Tretlagerschaltung 10 wird die Getriebeübersetzung, die vom Benutzer über ein Bedienelement 11 am Lenker 12 ausgewählt wurde, eingeregelt. Der vom Menschen aufgebrachten Tretleistung wird innerhalb der Tretlagerschaltung 10 eine zusätzliche Leistung hinzugefügt. Diese zusätzliche Leistung wird durch einen Elektromotor aufgebracht. Diese Darstellung in Figur 1 ist nur beispielhaft. Die Tretlagerschaltung 10 kann mit oder ohne Hilfsantrieb ausgestaltet werden. Die Abtriebswelle der Tretlagerschaltung befindet sich koaxial zur Tretlagerwelle und trägt die vordere Riemenscheibe 8. Die vordere Riemenscheibe 12 bildet somit den Getriebeausgang. Sie rotiert mit unterschiedlichen Drehzahlen relativ zu den Kurbelarmen 7, je nachdem welcher Gang von dem Benutzer des Fahrzeugs eingelegt wurde. Über einen Riemen 12 wird in dieser Ausgestaltung die mechanische Leistung an das Hinterrad 13 weiterleitet. Optional kann eine solche Weiterleitung der Leistung an das Hinterrad 13 auch über jede andere Art der Transmission stattfinden.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Darstellung der Tretlagerschaltung 10 aus Figur 1 von links hinten. Die Pedalen 6 und die Kurbelarme 7 sind nicht dargestellt. Der Rahmen ist freigeschnitten und zeigt teilweise das Unterrohr 3 und das Sitzrohr 4. Am unteren Ende des Sitzrohrs 4 und des Unterrohres 3 befindet sich eine Halterung 9, in der die Tretlagerschaltung 10 eingeschraubt ist. Die Schwinge 14 ist ebenfalls freigeschnitten. In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Schwinge 14 an der Halterung 9 über eine Schwingenlagerung 17 befestigt. Unter Anti-Squat versteht man eine Vorrichtung an Radfahrzeugen, die das „Eintauchen“ beim Beschleunigen und damit eine Nickbewegung des Aufbaus nach hinten durch die dynamische Radlastverlagerung verhindern oder vermindern soll. Sie wird auch als Anfahrnickausgleich bezeichnet. Um bei Fahrrädern ein gutes Anti-Squat Verhalten umzusetzen, ist eine Position der Schwingenlagerung 17 in der Nähe des T retlagerwelle 18, meist oberhalb und leicht hinter der T retlagerwelle 18, vorteilhaft. Zusätzlich ist es für die Geometrie und das resultierende Fahrverhalten des Fahrrades vorteilhaft, wenn der Abstand von der Tretlagerwelle 18 zur Drehachse des Hinterrades 19 möglichst gering ist. Die Abtriebswelle der Tretlagerschaltung befindet sich hier nicht sichtbar auf der rechten Seite des Fahrzeugs koaxial zur Tretlagerwelle 18 und trägt die vordere Riemenscheibe 8. Die vordere Riemenscheibe 12 bildet somit den Getriebeausgang. Über einen Riemen 12 wird die mechanische Leistung an das Hinterrad weiterleitet. Der Riemenspanner 20 ist über Befestigungsbleche 21 an dem Gehäuse 22 der Tretlagerschaltung 10 befestigt. Die Spannrolle 23 ist Bauteil des Riemenspanners 20 und sorgt für eine korrekte Riemenspannung im Riemen 12, unabhängig davon, in welcher Position sich das Hinterrad 13 aufgrund der Federung 16 befindet. Die Tretlagerschaltung besitzt eine linke Schutzkappe 24, die die Tretlagerschaltung vor Umwelteinflüssen schützt. Eine weitere linke Schutzkappe 24 befindet sich vor der hier nicht sichtbaren Schaltwelle. In vorteilhafter Ausgestaltung befinden sich innerhalb der Tretlagerschaltung fest stehenden Lagerachsen, die mit Hilfe von Befestigungsschrauben 25 mit dem Gehäuse 22 verbunden sind. Betrachtet man eine vertikale Ebene A, die durch die Rotationsachse der Tretlagerwelle verläuft und sich senkrecht zur Fahrbahn befindet, so erkennt man die vorteilhafte Ausgestaltung der Neuheit: Sämtliche Getriebewellen befinden sich vor dieser Ebene, damit genügend Reifenfreiheit und genügend Platz für eine technologisch sinnvolle Position der Schwingenlagerung 17 in Kombination mit einer vorteilhaften Positionierung der Sensoranordnung in der Nähe der Tretlagerwelle erreicht werden kann. Der Riemenspanner 20 ist so aufgebaut, daß sich seine Spannrolle rechts neben dem Reifen und sein Gehäuse vor dem Reifen befinden kann.

Figur 3 zeigt eine Seitenansicht der Tretlagerschaltung 10 von rechts. Auch hier zeigt die Darstellung beispielhaft eine vorteilhafter Ausgestaltung der Tretlagerschaltung mit integriertem elektrischen Antriebsmotor und elektrischer Schaltbetätigung für Fahrräder mit elektrischem Hilfsantrieb. Der Riemen 12, die Pedalen 6 und die Kurbelarme 7 werden in dieser Darstellung nicht gezeigt. Die Tretlagerschaltung 10 in dieser Ausgestaltung lässt sich in drei Baugruppen zerlegen, die in einem gemeinsamen mehrteiligen Gehäuse untergebracht sind und im folgenden einzeln näher beschrieben werden. Der Bauraum der jeweiligen Baugruppe ist in Figur 3 gestrichelt umrandet. Die Schaltgetriebebaugruppe 84 beinhaltet neben den einzelnen Getriebestufen auch die Kupplungs- und die Verbindung zu den Betätigungsmitteln sowie auch die neuartige Sensoranordnung mit den elektronischen Bauteile, die für die Ermittlung des Drehmomentes und der Drehzahl an der Tretlagerwelle 18 verantwortlich sind. Die Rotationsachse X1 der Tretlagerwelle 18 und die Rotationsachse X2 der Schaltwelle 67 liegen im Zentrum von dieser Schaltgetriebebaugruppe 84. Sichtbar ist das rechte Getriebegehäuse 34, aus dem der Abtreiber 30 und die Abtriebshohlwelle 36 austritt. Die Riemenscheibe 8 ist mit Hilfe von sechs Befestigungsschrauben 82 an dem Abtreiber 30 verschraubt. Der Abtreiber 30 ist mit der Abtriebshohlwelle 36 über eine Steckverzahnung 73 verbunden und mit Hilfe einer Wellenmutter 29 axial gesichert. Die elektrische Antriebsbaugruppe 83 befindet sich in Fahrtrichtung vor der Schaltgetriebebaugruppe 84. Die Welle des Elektromotors rotiert um die Rotationsachse des Elektromotors X3. Die Betätigungsbaugruppe 85 ist unterhalb und auf der rechten Seite der Schaltgetriebebaugruppe 84 angeordnet. Innerhalb der Betätigungsbaugruppe 85 befindet sich das Schrittschaltgetriebe, Überlagerungsgetriebe sowie der elektrisch betriebene Aktuator und ein Aktuatorgetriebe und eine Sensorik. Das rechte Getriebegehäuse 34 ist teilweise mit Öl zur Schmierung der Zahnräder gefüllt und wird durch den rechten Seitendeckel 81 verschlossen. Die Sensoren und Verarbeitungselektronik, die die Drehzahl und Lage des Elektromotors, des Aktuatormotors und der Getriebebetätigung ermittelt, befindet sich in einer weiteren Kammer, die durch den rechten Aussendeckel 86 verschlossen wird. Diese beispielhafte Ausgestaltung der Getriebegehäuse ist besonders platzsparend und sorgt auf diese Weise für einen schmalen Q-Faktor und ein geringes Gewicht.

Figur 4 zeigt eine Schnittdarstellung durch die Ebene, die durch die Rotationsachse X1 der Tretlagerwelle 18 und durch die Rotationsachse X2 der Schaltwelle 67 aufgespannt wird. Der Bereich der elektrischen Antriebsbaugruppe 83 ist in dieser Darstellung weggeschnitten und auch ein großer Bereich der Betätigungsbaugruppe 85 ist in dieser Darstellung nicht sichtbar. Die Kurbeln 7 sind auf beiden Seiten seitlich auf eine Verzahnung der Tretlagerwelle 18 aufgesteckt. Hinter der Verzahnung befindet sich auf beiden Seiten der Tretlagerwelle 18 Sicherungsringe 33 und eine Distanzhülse 28, die einen Anschlag für die Kurbeln bilden und gleichzeitig den Innenring des linken Kugellagers 32 axial fixieren. Wellendichtringe 31 sorgen auf beiden Seiten der Tretlagerwelle dafür, daß die Ölfüllung 72 nicht aus dem rechten und linken Gehäuse 34, 35 austreten kann. In der Mitte der Tretlagerwelle befindet sich eine Steckverzahnung 73, auf der ein axial beweglicher Freilaufkörper 46 verdrehtest aufgesteckt ist. Er besitzt auf seiner linken Seite eine sägezahnförmige Planverzahnung, die über eine Feder 50 gegen eine komplementäre Verzahnung an einem feststehenden Freilaufkörper 46 gedrückt wird und formschlüssig eingreift. Der axial feststehende Freilaufkörper 47 ist Teil einer Eingangshohlwelle 60, die drehbar mit Hilfe von Gleitlagern 48 koaxial auf der Tretlagerwelle 18 gelagert ist. Die Eingangshohlwelle 60 kann sich axial nicht bewegen, weil sie über zwei Sicherungsringe 33 in festgelegt ist. Auf der Mantelfläche der Eingangshohlwelle 60 befindet sich ein Sensor 59 angeordnet. Das Drehmoment des Radfahrers wird somit von den Pedalen über die Kurbeln 7 beidseitig in die Tretlagerwelle 18 geleitet und dann in die Eingangshohlwelle 60 weitergeführt. Dort kann über den Sensor 59, der im Betrieb zusammen mit der Eingangshohlwelle 60 rotiert, ein Signal mit Informationen über das Drehmoment erzeugt werden. Zusammen mit dem Sensor 59, der in vorteilhafter Ausgestaltung als Dehnungsmessstreifen ausgeführt ist, rotiert nicht nur die Eingangshohlwelle 60, sondern auch eine rotierende Platine 44, welche in der Lage ist, die Informationen über das Drehmoment weiter zu verarbeiten. Parallel und in geringem Abstand zur rotierenden Platine 44 befindet sich eine feststehende Platine 45, die in dieser beispielhaften Ausgestaltung am rechten Getriebegehäuse 34 über eine Verschraubung 50 befestigt ist. Auf der rotierenden Platine 44 befinden sich in vorteilhafter Ausgestaltung ebenfalls Sensoren, die in der Lage sind, die Lage, Orientierung und die Drehzahl der Eingangshohlwelle 60 in Relation zum Getriebegehäuse, zur feststehenden Platine 45 und ggfs. zum Erdmagnetfeld oder zur Gravitation zu ermitteln. Die Signalübertragung zwischen der rotierenden und feststehenden Platine 44,45 kann gemäß dem Stand der Technik beispielsweise drahtlos über Funk erfolgen. Ebenso kann die Energie, die auf der rotierenden Platine 44 benötigt wird, induktiv von der gehäusefesten Platine 45 übertragen werden. Auch andere Arten der Übertragung sind möglich. In vorteilhafter Ausgestaltung befinden sich die rotierende Platine 44 und die gehäusefeste Platine 45 mittig in der Nähe der Tretlagerwelle 18 genau zwischen der ersten Getriebestufe 74, die sich in Fahrtrichtung links befindet und der zweiten Getriebestufe, die sich in Fahrtrichtung rechts befindet. Die neuartige Tretlagerschaltung 10 weist in der Darstellung in Figur 4 drei Antriebszahnräder 41 , 42 und 43 auf, die koaxial fest mit der Eingangshohlwelle 60 verbunden sind. In der gezeigten Ausführung besitzt das Antriebszahnrad 41 zwanzig Zähne, das Antriebszahnrad 42 besitzt zweiunddreißig Zähne und das Antriebszahnrad 43 besitzt 53 Zähne. In vorteilhafter, Platz- und Gewicht sparender Ausführung sind diese Zahnräder aus einem Stück ausgeführt und über eine Steckverzahnung 73 verdrehtest mit der Eingangshohlwelle 60 verbunden. Eine axiale Sicherung erfolgt beispielsweise über eine Wellenmutter 29, die die Antriebszahnräder axial gegen eine Schulter der Eingangshohlwelle 60 drückt. Die Festigkeit des Antriebszahnrades 41 mit 20 Zähnen kann stark gesteigert werden, wenn die seitlichen Flanken dieser Stirnverzahnung stofflich mit der seitlichen Planfläche 76 des Antriebszahnrades 42 verbunden sind. In dieser Ausgestaltung sind die Zähne seitlich über einen Steg miteinander verbunden. Zusätzlich entsteht eine sehr schmale Bauform, wenn direkt an einem der Antriebszahnräder 41 , 42, 43 die rotierende Platine 49 befestigt ist. Wenn sich das größte Antriebszahnrad 43 weit außen in Relation zur Eingangshohlwelle 60 befindet, entsteht genügend Platz auch für große elektronische Bauteile 77, die sich auf der gehäusefesten Platine 45 befinden. Die Verzahnungen der drei Antriebszahnräder 41 , 42, 43 wälzen während des Betriebs mit den Verzahnungen der Losräder 51 , 52, 53 ab. Die Losräder sind koaxial zur Schaltwelle 67 angeordnet. Die Rotationsachse X2 der Schaltwelle 67 befindet sich in einem Abstand parallel zur Rotationsachse X1 der Tretlagerwelle 18. Das Antriebszahnrad 41 mit 20 Zähnen steht in Verbindung mit einem Losrad 53, welches ebenso über 20 Zähne verfügt. Das Antriebszahnrad 42 mit 32 Zähnen steht in Verbindung mit einem Losrad 52, welches ebenso über 17 Zähne verfügt. Das Antriebszahnrad 43 mit 53 Zähnen steht in Verbindung mit einem Losrad 51 , welches über 15 Zähne verfügt. Die Schaltwelle 67 ist über ein Kugellager 28 im linken Gehäuse 35 gelagert. Die axiale Sicherung des Kugellagers 28 erfolgt über Sicherungsringe 33 und einer Distanzhülse 28. Um Montagefähigkeit und Dichtigkeit zu gewährleisten, befindet sich in dieser Ausgestaltung eine linke Schutzkappe 24 auf der Aussenseite des linken Getriebegehäuses 35. In vorteilhafter Ausgestaltung befindet sich das Losrad mit der kleinsten Zähnezahl am äußeren Ende der Schaltwelle 67 in der Nähe der Seitenwand des linken Getriebegehäuses 35 und steht in Verbindung mit dem jeweils größten Antriebszahnrad. Auf diese Weise kann die Gestalt der Schaltwelle 67 so gewählt werden, daß die Durchbiegung der Schaltwelle 67 aufgrund der radialen Verzahnungskräfte minimiert wird. Dieses Losrad mit der kleinsten Zähnezahl besitzt weitere Eigenschaften: Zwischen dem Losrad 51 und der Schaltwelle 67 befindet sich optional eine Nadellagerung 27. Zusätzlich besitzt dieses Losrad mit der kleinsten Zähnezahl einen Innenverzahnung 57, die axial seitlich von der Laufverzahnung beabstandet ist. Dieser Aufbau ist vorteilhaft für die Lebensdauer der Laufverzahnung, da auch hier wieder die Zähne seitlich stoffschlüssig über einen Ring 78 miteinander verbunden sind. Dieser stoffschlüssig verbundene Ring 78 trägt in dieser vorteilhaften Ausgestaltung einen Innenverzahnung 57. Ein Kupplungskörper 58 kann formschlüssig in diese Innenverzahnung 57 einkuppeln und das Losrad 51 befähigen, Drehmomente auf die Schaltwelle 67 zu übertragen. Auch die Losräder 52 und 53 besitzen Innenverzahnungen 57, in die Kupplungskörper 58, die auf der Mantelfläche der Schaltwelle 67 beweglich eingelassen sind, formschlüssig einkuppeln können. Die Kupplungskörper 58 sind Teil der Kupplungsmittel K1 bis K6. Wie bereits oben stehend beschrieben, sind die Kupplungskörper 58 ein Teil des Kupplungsmittel. Falls die Kupplungsmittel K1 , K2 oder K3 sich in einem aktivierten Zustand befinden, können die Losräder 51 , 52, 53 Drehmomente nur in eine Richtung auf die Schaltwelle 67 übertragen. Um diese Funktion zu gewährleisten, sind die Kupplungsmittel aufgrund von der Gestalt der Innenverzahnung 57 und mit Hilfe von nicht dargestellten Federn so aufgebaut, daß Drehmomente formschlüssig nur in eine Richtung übertragen werden können. In die Gegenrichtung gleitet der Kupplungskörper 58 auf der Innenverzahnung 57 ab und es können keine Drehmomente übertragen werden. Ebenso können die Kupplungsmittel K1 , K2 oder K3 einen inaktiven Zustand einnehmen. In diesem Zustand werden die Kupplungskörper 58 mit Hilfe von schwenkbaren Auflagern 61 , 62 oder 62 und mit Hilfe von nicht dargestellten Federn in eine Lage gebracht, dass die Kupplungskörper 58 nicht weiter in Verbindung zu den Innenverzahnungen 57 der Losräder stehen. In diesem inaktiven Zustand können die jeweiligen Losräder geräuscharm auf der Schaltwelle gleiten. Die folgende Tabelle zeigt die drei möglichen Übersetzung der ersten Getriebestufe 74 in Abhängigkeit von dem Zustand der Kupplungsmittel K1 , K2 und K3:

Tabelle 1

Die Tabelle zeigt, daß die Schaltwelle 67 sich immer mindestens mit der Drehzahl dreht, wie die Tretlagerwelle. Diese Ausgestaltung ist insofern vorteilhaft, dass an der Schaltwelle 67 niemals höhere Drehmomente entstehen im Vergleich zur Tretlagerwelle. Die Drehmomente an der Schaltwelle 67 sind sogar sehr viel niedriger, wenn die Kupplungsmittel K3 oder K2 aktiviert sind. Die dargestellte neuartige Schaltwelle 67 besitzt mehrere nicht koaxiale Bohrungen, in denen sich mehrere schwenkbare Auflager 61-66 befinden. Die Auflager sind zylinderförmige Bauteile, die sich um ihre eigene Achse schwenken können und an einem axialen Ende aus der Schaltwelle 67 herausgeführt sind. In der dargestellten Ausgestaltung sind diese schwenkbare Auflager 61- 66 rechts herausgeführt und besitzen an ihrem rechten Ende jeweils ein Zahnritzel 79, welche wiederum mit der jeweiligen Innenverzahnung 71 von zwei Bauteilen eines Schrittschaltgetriebes 70 in Verbindung steht. In dieser Ausgestaltung befinden sich die Drehachsen der schwenkbare Auflager 61-66 in der Schnittebene der Darstellung Figur 4. Die schwenkbaren Auflager können sich auch an jeder anderen Position innerhalb der Schaltwelle 67 befinden. Die Schaltwelle ist auf der rechten Seite fest mit einem Referenzzahnrad 69 verbunden. Dieses Referenzzahnrad ist so ausgestaltet, daß es ebenfalls als axialer Anschlag für den Innenring des Kugellagers 32' wirkt. Seitlich direkt neben dem Referenzzahnrad 69 befindet sich das Betätigungszahnrad 68. Beide Zahnräder besitzen eine Außenverzahnung. Das Betätigungszahnrad 68 ist über ein Gleitlager 48 am Referenzzahnrad 69 gelagert und axial nach außen direkt am rechten Seitendeckel 81 gesichert. Das Betätigungszahnrad 68, das Referenzzahnrad 69, das Schrittschaltgetriebe 70 mit den zwei dazugehörigen Innenverzahnungen 71 und die sechs schwenkbaren Auflager 61 , 62, 63, 64, 65, 66 bilden einen Teil des Betätigungsmittels. Durch Veränderung der rotativen Lage des Betätigungszahnrades 68 in Relation zum Referenzzahnrad 69 werden alle sechs Auflager 61 , 62, 63, 64, 65, 66 geschwenkt und somit die Kupplungsmittel K1 , K2, K3, K4, K5 und K6 betätigt. Innerhalb der zweiten Getriebestufe 75 wird über das aktivierte Kupplungsmittel K4 das Losrad 54, dass 20 Zähne besitzt, zur Schaltwelle 67 eingekoppelt. Ebenfalls wird innerhalb der zweiten Getriebestufe 75 über das aktivierte Kupplungsmittel K5 das Losrad 55, das 21 Zähne besitzt, zur Schaltwelle eingekoppelt. Das Kupplungsmittel K6 kuppelt in gleicher Art und Weise das Losrad 56, welches ebenfalls 21 Zähne besitzt, zur Schaltwelle 67 ein. Die Innenverzahnungen 57 sind in der ersten und zweiten Getriebestufe 74, 75 geometrisch gleich, jedoch jeweils spiegelbildlich angeordnet, da in der zweiten Getriebestufe 75 die Drehmomente von der Schaltwelle 67 auf die Losräder 54, 55 oder 56 übertragen werden müssen. In der ersten Getriebestufe

74 werden die Drehmomente von den Losrädern 51 , 52 und 53 auf die Schaltwelle 67 übertragen. Die Abtriebshohlwelle 36 ist koaxial zur Tretlagerwelle 18 angeordnet und in vorteilhafter Ausgestaltung einstückig mit drei Abtriebszahnrädern verbunden. Das Abtriebszahnrad 37 besitzt 20 Zähne, ist mittig im Getriebe angeordnet und kämmt mit dem Losrad 54, welches ebenfalls 20 Zähne besitzt. Das Abtriebszahnrad 38 besitzt 32 Zähne und kämmt mit dem Losrad 55, welches 21 Zähne besitzt. Das Abtriebszahnrad 39 besitzt 26 Zähne und befindet sich ganz rechts an der Gehäusewand des rechten Getriebgehäuses 34. Es kämmt mit dem Losrad 56, welches 21 Zähne besitzt. Allgemein formuliert kann man den Aufbau wie folgt zusammenfassen: Es handelt sich um ein Tretlagergetriebe 10 mit einer Betätigungsvorrichtung, insbesondere für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug, mit einem ersten Teilgetriebe 74 und einem zweiten Teilgetriebe 75 die zur Kraftübertragung in Reihe geschaltet sind, wobei das erste Teilgetriebe 74 und das zweite Teilgetriebe 75 eine Schaltwelle 67 aufweisen, an der eine Mehrzahl von Losrädern 51-56 gelagert sind, die mit einer entsprechenden Mehrzahl von Zahnrädern 37, 38, 39, 41 , 42, 43 Radpaare der jeweiligen Teilgetriebes bilden, wobei die Losräder mittels schwenkbarer Kupplungskörper 61-66 mit der Schaltwelle 67 verbindbar sind. Es wird aus der Darstellung deutlich, dass die Neuheit dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schaltwelle 67 mehrere axiale Bohrungen aufweist und die mehreren axialen Bohrungen der Schaltwelle 67 nicht koaxial zur Schaltwelle 67 ausgeführt sind und sich innerhalb der axialen Bohrungen jeweils ein schwenkbares Auflager 61-66 befindet und wobei jeweils ein schwenkbares Auflager 61-66 ausschließlich über seine zylindrische Mantelfläche mittelbar oder unmittelbar mit genau einem Kupplungskörper in Verbindung steht. Die folgende Tabelle zeigt die drei möglichen Übersetzung der zweiten Getriebestufe

75 in Abhängigkeit von dem Zustand der Kupplungsmittel K4, K5 und K6:

Tabelle 2

Auch hier fällt auf, dass von der Schaltwelle zur Abtriebshohlwelle in der zweiten Getriebestufe 75 die Drehzahl entweder gleich bleibt oder reduziert wird. Dieser neuartige Aufbau für zu einer guten Festigkeit in den Laufverzahnungen, weil viele Zahnräder über kleine Zähnezahlen und einen großen Modul verfügen. Die Abtriebszahnräder 37, 38 und 39 sind an den Seitenflächen der Zähne über Stege verbunden und so einstückig ausgebildet, dass überhöhte Zahnfußspannungen verhindertwerden können. Da die Abtriebshohlwelle 36 mit unterschiedlichen Drehzahlen rotiert im Vergleich zur Tretlagerwelle 18 ist eine zweifache Nadellagerung 27 vorgesehen. Der Lagerabstand wird über eine Distanzhülse 26 vorgegeben. Um die Drehmomente aus dem Tretlagergetriebe 10 heraus zu führen, wird ein Abtreiber 30 mit Hilfe einer Steckverzahnung 73 an der Abtriebshohlwelle 36 befestigt und axial mit Hilfe einer Wellenmutter 29 gesichert. Dieser Aufbau ist ebenfalls sinnvoll da auf diese Weise ebenfalls der Innenring des Kugellagers 32” festlegt wird. Damit kein Öl aus dem Tretlagergetriebe 10 entweichen kann, ist zwischen der Tretlagerwelle 18 und der Abtriebshohlwelle 36 ein Wellendichtring 31 angeordnet. Zusätzlich sorgt der Wellendichtring 31' für eine Abdichtung zwischen Abtreiber 30 und dem rechten Getriebegehäuse 34. Der Abtreiber 30 überträgt die Drehmomente auf die vordere Riemenscheibe 8. beide Bauteile sind miteinander verschraubt. Diese bevorzugte neuartige Ausgestaltung einer Tretlagerschaltung stellt durch die Kombination der Getriebestufen 74,75 neun Gänge bereit. Die folgende Tabelle zeigt die neun möglichen Gangstufen des Tretlagergetriebes 10 in Abhängigkeit von dem Zustand aller Kupplungsmittel K1 bis K6:

Tabelle 3

Die gesamte Baugruppe der sechs Kupplungsmittel K1 bis K6 ist innerhalb der Darstellung in Figur 4 gestrichelt gezeichnet und mit dem Bezugskennzeichen K markiert.

Man erkennt, dass die beispielhafte Ausgestaltung der Neuheit neun Gänge mit gleichmäßigen Abstufungen, die alle zwischen 23,1 und 23,8 % liegen, bereit stellt. Diese Gangabstufung und die gesamte Bandbreite der Übersetzungen in Höhe von 538% ist eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung insbesondere für Fahrräder mit elektrischer Unterstützung. Die Neuheit ist in allen E-Bike Kategorien einsetzbar, da die Fahrgeschwindigkeit, die ja auch von dem Durchmesser des angetriebenen Rades des Fahrzeugs abhängt, durch die sogenannte Sekundärübersetzung angepasst werden kann. Die Sekundärübersetzung ist das Verhältnis der Zähnezahlen der vorderen Riemenscheibe 10 und der hinteren Riemenscheibe, die üblicherweise am Hinterrad 13 montiert ist. Die Neuheit kann aber nicht nur alleine an Fahrrädern mit elektrischer Unterstützung verwendet werden, auch an Fahrzeugen ohne Hilfsantrieb ist diese neuartige Tretlagerschaltung einsetzbar. Die Bandbreite von 538 % lässt sogar den Einsatz an einem Mountainbike zu. Durch Weglassen von einzelnen Zahnradpaaren kann die Neuheit auch preisgünstiger gefertigt werden und den Einsatz in Kategorien ermöglichen, die weniger Gänge und weniger Bandbreite benötigen.

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch die Ebene A-B aus Figur 4. Die Tretlagerwelle 18 rotiert um die Rotationsachse X1. Sichtbar in diesem Schnitt ist der Wellendichtring 31 , der verhindert, dass Öl aus dem linken Getriebegehäuse 35 austreten kann. Erkennbar ebenfalls das größte Antriebszahnrad 43, welches über 53 Zähne verfügt. Wie bereits vorab erklärt, wird dieses Zahnrad für die drei schnellsten oder längsten Übersetzungen ausschließlich in Gang sieben, acht und neun benutzt. Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Neuheit wird, um Gewicht und Bauraum zu sparen, ebenfalls die mechanische Leistung des Hilfsantriebs über dieses Zahnrad 43 eingespeist. Allgemein formuliert steht mindestens ein Zahnrad, welches koaxial zur Tretlagerwelle 18 angeordnet ist, mit zwei weiteren Zahnrädern ständig in Verbindung, wobei eines der zwei Zahnräder ein Stufenzahnrad 98 ist. Ein Stufenzahnrad 98 besteht aus zwei Zahnrädern, die eine unterschiedliche Anzahl an Zähnen besitzen, koaxial zueinander ausgerichtet sind und fest miteinander verbunden sind. In bevorzugter Ausführung ist ein Stufenzahnrad 98 aus einem Stück gefertigt. In der dargestellten Ausführung ist das Zahnrad 87, dass über 15 Zähne verfügt, und das Zahnrad 88, dass über 30 Zähne verfügt, als Stufenzahnrad 98 einstückig ausgeführt und dreht sich um Rotationsachse X7. X7 ist somit eine Rotationsachse des Reduziergetriebes. Dieses Stufenzahnrad 98 ist mit Hilfe von einem Kugellager 32'” auf einer gehäusefesten Achse 99 gelagert. Um den verwendeten Elektromotor klein und leicht zu bauen, wird er auf eine hohe Drehzahl ausgelegt und diese hohe Drehzahl wird dann mit Hilfe eines mehrstufigen Reduziergetriebes auf die natürliche Trittfrequenz des Menschen, der die Tretlagerwelle 18 mit ca. 50-90 Umdrehungen pro Minute antreibt, reduziert. Mindestens ein Zahnrad der Neuheit, welches sich koaxial zum Tretlager befindet, wird gleichzeitig als Bauteil des Reduziergetriebes und als bauteil des Schaltgetriebes benutzt. In der Darstellung handelt es sich hierbei um das Zahnrad 43. Um das gesamte Reduziergetriebe in Fig. 5 darzustellen befindet sich ein zusätzlicher Ausschnitt 95 mit Ansicht auf die erste Reduzierstufe. Die Welle 100 des Elektromotors rotiert um die Drehachse X3 und trägt das Zahnrad 91 mit 12 Zähnen. Das Zahnrad läuft in dem gleichen Ölbad wie auch alle anderen Zahnräder. Hinter dem Zahnrad 91 befindet sich ein Wellendichtring 31 ”. Er sorgt dafür, daß der Rotor und Stator mit allen Magneten, Wicklungen und auch der Platine der Leistungselektronik mit der Anbindung der einzelnen Motorphasen 93 sich in einer trockenen Kammer 94 vor Öl geschützt befinden. Die Platine mit dem Motorcontroller ist im Detail nicht dargestellt. Sichtbar jedoch die Steckkontakte 96, die sich ebenfalls im trockenen Bereich befinden und mit der Platine verbunden sind. Über die Steckkontakte wird das Tretlagergetriebe, welches im Falle der Kombination mit einem elektrischen Hilfsantrieb auch oft als Antriebssystem bezeichnet wird, mit dem bedienelement am Lenker verbunden. Ebenfalls werden die Batterie, Sensoren und Displayelemente über diese Steckverbindungen an das Antriebssystem angeschlossen. Das Zahnrad 91 mit 12 Zähnen steht in Verbindung mit dem Zahnrad 92 mit 55 Zähnen. Das Zahnrad 92 ist über einen Freilauf mit dem Zahnrad 90, welches 14 Zähne besitzt und einstückig als Welle ausgeführt ist, verbunden. Dieser Freilauf 97 rotiert um die Rotationsachse X5 und sorgt dafür, daß der Fahrradfahrer bei abgeschaltetem Hilfsantrieb den Elektromotor nicht leer mitschleppen muss oder ihn gar als Generator betreibt. Das Zahnrad 89 besitzt 21 Zähne, rotiert um die Rotationsachse X6 und stellt einen Verbindung zwischen dem Zahnrad 90 und dem Zahnrad 88 her. Die folgende Tabelle zeigt die Übersetzungen der einzelnen Reduzierstufen und ihre Rotationsachsen:

Tabelle 4

Das gesamte Reduziergetriebe ist in vorteilhafter Weise so aufgebaut, dass die Motordrehzahl an der Welle 100 bis zur Tretlagerwelle 18 um den Faktor 34,7 reduziert wird. Die Größe des Zahnrades 89 hat keinen Einfluß auf diese Gesamtübersetzung. Dieses Zahnrad 89 überbrückt jedoch innerhalb der Neuheit den Abstand zur benachbarten Getriebestufe.

Figur 6 zeigt eine perspektivische Darstellung der Tretlagerschaltung 10 aus Figur 2. Es zeigt Aufbau der neuartigen Tretlagerschaltung 10 mit elektrischem Hilfsantrieb in vorteilhafter Ausgestaltung. Die elektrische Betätigung ist in dieser Ansicht nicht sichtbar. Das linke und rechte Gehäuse, die Seitendeckel,, sämtliche Schrauben, die Tretkurbeln 7, die vordere Riemenscheibe 8, die Steckkontakte, die Platine mit der Leistungselektronik sind nicht dargestellt. Es handelt sich um eine beispielhafte Darstellung des Tretlagergetriebes, insbesondere für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug mit elektrischem Zusatzantrieb, mit einem ersten Teilgetriebe 74 und einem zweiten Teilgetriebe 75, die zur Kraftübertragung in Reihe geschaltet sind, wobei das erste Teilgetriebe 74 und das zweite Teilgetriebe 75 eine Schaltwelle 67 aufweisen, an der eine Mehrzahl von Losrädem 51 , 52, 53, 54, 55, 56 gelagert sind, die mit einer entsprechenden Mehrzahl von Zahnrädern 43, 42, 41 , 37, 38, 39 Radpaare der jeweiligen Teilgetriebes bilden, wobei die Losräder mittels Kupplungskörpern mit der Schaltwelle 67 verbindbar sind. Zusätzlich ist die vorteilhafte Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, dass das kleinste Losrad 51 mit dem größten Antriebszahnrad 43 ein Radpaar bildet und seitlich in Fahrtrichtung links angeordnet ist und dass das größten Antriebszahnrad 43 ebenfalls mit einem weiteren Zahnrad 87 in kraftübertragender Verbindung steht, wobei dieses weitere Zahnrad 87 in mittelbarer oder unmittelbarer Verbindung zur Welle 100 des elektrischen Zusatzantriebs 102 steht. In vorteilhafter Ausgestaltung befindet sich dieses weitere Zahnrad 87 in der Nähe oder direkt unterhalb des kleinsten Losrades 51. Betrachtet man das zylinderförmige Volumen, welches das größten Antriebszahnrad 43 umschließt, so befindet sich in diesem Volumen ebenfalls die linke Kugellagerung der T retlagerwelle. In diesem dargestellten vorteilhaften Aufbau besitzt das größten Antriebszahnrad 43 eine glockenartige Form und ist stoffschlüssig mit zwei weiteren Antriebszahnrädern 41 und 42 verbunden. Zusätzlich sind ebenfalls die drei Abtriebszahnräder 37, 38 und 39 stoffschlüssig miteinander verbunden. Da dieser Aufbau sehr platzsparend ist, können in dieser vorteilhaften Ausgestaltung im rahmen der Sensoranordnung koaxial und mittig zur Tretlagerwelle 18 zwischen der ersten und zweiten Teilgetriebe 74, 75 zwei Platinen 44, 45 mit elektronischen Bauteilen platziert werden, wobei die eine Platine 44 mit der gleichen Drehzahl rotiert, wie die Tretlagerwelle 18 und die zweite Platine 45 sich relativ zum Gehäuse nicht bewegen kann, wobei beide Platinen unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, elektrische Signale miteinander austauschen und wobei auf einer der beiden Platinen mindestens ein Signal erzeugt wird, welches repräsentativ für das Drehmoment des Radfahrers ist. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Platine, die relativ zum Gehäuse stillsteht, Befestigungspunkte 103 besitzt, die mit dem Gehäuse in Verbindung stehen und wobei die Platine, die mit dergleichen Drehzahl rotiert wie die Tretlagerwelle, Befestigungspunkte besitzt, die mit einem der drei Antriebszahnräder 41 , 42, 43 in Verbindung stehen. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung befindet sich der elektrische Zusatzantrieb 102 mit dem Rotor und Stator vorzugsweise in Fahrtrichtung vor dem zweiten Teilgetriebe 75, damit auf der in Fahrtrichtung linken Seite der Platz genutzt werden kann für die notwendigen Zahnradstufen 91 , 92, 90, 89, 87 die die Drehzahl des Elektromotor 102 reduzieren. Die Zahnradpaare, die die Drehzahl des elektrischen Antriebsmotors 102 reduzieren, befinden sich in vorteilhafter Ausgestaltung in Fahrtrichtung vor und unterhalb des ersten Teilgetriebes. Allgemeiner ausgedrückt befinden sich die Rotationsachsen X5, X6, X7 der Reduziergetriebestufen und die Rotationsachse des Elektromotors X3 unterhalb einer Ebene, die von der Rotationsachse X1 der Tretlagerwelle 18 und der Rotationsachse X2 der Schaltwelle 67 aufgespannt wird. In vorteilhafter Ausgestaltung befindet sich die Platine 104, die elektronisch die Lage oder Orientierung des Rotors des Elektromotors 102 ermittelt, in Fahrrichtung rechts neben dem Elektromotor 102. Auf diese Weise kann diese Platine 104 in einem trockenen Bauraum untergebracht werden und das Zahnrad 91 , welches sich auf der Motorwelle 100 befindet, kann in einem Ölbad laufen. Die Reaktionskräfte des Zahnrades 91 können gut über ein Nadellager 27 aufgefangen werden und der elektrische Motor 102 kann gut mit einen Wellendichtring 31 gegenüber dem Ölbad abgedichtet werden. Man erkennt ebenfalls in Figur 6, dass die Losräder auf ihrer Mantelfläche eine Laufverzahnung besitzen, wobei die Seitenflächen der Zähne von mindestens einem Losrad 51 auf einer Seite über einen Steg 101 miteinander verbunden sind. Diese Gestalt ist sehr vorteilhaft für die Dauerhaltbarkeit der Verzahnung. Anders ausgedrückt zeichnet sich die Neuheit dadurch aus, dass sich axial neben dem Losrad 51 eine zylindrische Scheibe oder ein Ring 78 befindet, der mit dem Zahnrad stoffschlüssig verbunden ist und mindestens einen Durchmesser besitzt, der größer ist als der Fußkreis des Losrades 51. Axial seitlich neben des zylindrischen Scheibe befindet sich ebenfalls stoffschlüssig verbunden die Kupplungsverzahnung, die als Innenverzahnung ausgestaltet ist und mit dem Kupplungskörper verbindbar ist. Das Losrad 51 , die zylindrische Scheibe und die Kupplungsverzahnung sind einstückig gestaltet oder stoffschlüssig gefügt.

Figur 7 zeigt eine perspektivische Darstellung der Baugruppe der Schaltwelle 67. Die Bauteile, die auf der Schaltwelle 67 angeordnet sind, sind in geschnittener Darstellung abgebildet. In dieser vorteilhaften beispielhaften Ausführung besitzt die Schaltwelle auf der linken Seite einen geringeren Durchmesser als in der Mitte der Welle. Auf der linken Seite ist die Schaltwelle 67 im nicht dargestellten Gehäuse über ein Kugellager 32 gelagert. Das Kugellager 32 wird über einen Federring 33 und über eine Distanzhülse 28 zu dem Wellenbund 105 axial befestigt. Die Schaltwelle besitzt auch auf der linken Seite einen geringeren Durchmesser im Vergleich zur Mitte der Welle, weil das Losrad 51 nur über 15 Zähne verfügt und hieraus ein kleiner Durchmesser resultiert. Man erkennt in der Darstellung das die Losräder 51 , 52, 53, 54, 55, 56 mittels Kupplungskörpern 58 mit der Schaltwelle 62 verbindbar sind. Diese bevorzugte Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass diese sechs Kupplungskörper 58 eine formschlüssige Verbindung mit den passenden Innenverzahnung einnehmen können. In der Figur 7 sind nur zwei Kupplungskörper 58 sichtbar. Jedes der Losräder 51 , 52, 53, 54, 55, 56 besitzt jedoch jeweils eine Innenverzahnung 57. Die Neuheit ist in dieser vorteilhaften Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Losrad 51 die Innenverzahnung 57 seitlich gegenüber der Aussenverzahnung beabstandet ist. Ebenso zeigt diese Ausgestaltung, dass jeder Kupplungskörper 58 mit jeweils einer Wurmfeder 106 in Verbindung steht. Jede Wurmfeder 106 befindet sich jeweils in einer Nut 107, die sich auf der Mantelfläche der Schaltwelle 67 befindet. In der Darstellung befinden sich sechs Wurmfedern 107, die für die korrekte Funktion der Kupplungskörper 58 sorgen. Da die Losräder 51 , 52, 53, 54, 55, 56 in einem Ölbad laufen, und sie deswegen relativ axial zueinander und radial zur Schaltwelle 67 gut gleitgelagert sind, können sie relativ zueinander unterschiedliche Geschwindigkeiten ohne große Reibungsverluste einnehmen. Das axiale Lagerspiel kann über die korrekte Auswahl der Dicke einer Gleitscheibe 108 eingestellt werden. Auf der rechten Seite ist die Schaltwelle 67 ebenfalls über ein Kugellager 32' in dem rechten Getriebegehäuse 34 gelagert. Axial stützt sich das Kugellager 32'an einem weiteren Bund 105' und an dem Referenzzahnrad 69 der Schaltwelle ab. Das Referenzzahnrad 69 ist an der Schaltwelle 67 befestigt und rotiert mit der gleichen Geschwindigkeit während des Betriebs. Neben dem Referenzzahnrad 69 befindet sich das Betätigungszahnrad 68 der Schaltwelle 67. Durch Rotation dieses Betätigungszahnrades 68 in Relation zum Referenzzahnrad 69 wird der Schaltvorgang durchgeführt. Durch Rotation dieses Betätigungszahnrades 68, welches auch eine Innenverzahnung 71 besitzt, werden direkt drei der sechs dargestellten schwenkbaren Auflager 61 , 62, 63, 64, 65, 66 innerhalb der Bohrungen, die sich auf der rechten Planseite der Schaltwelle 67 befinden, rotiert. Von diesen schwenkbaren Auflagern 61 , 62, 63, 64, 65, 66 sind in Figur 7 nur die Verzahnungen an den Enden erkennbar und für bessere Sichtbarkeit auch nicht mit Bezugszeichen beschriftet. In unterschiedlichen rotativ einstellbaren Positionen der schwenkbaren Auflager 61 , 62, 63, 64, 65, 66 können die Kupplungskörper 58, die sich innerhalb einer Vertiefung 107 auf der Mantelfläche der Schaltwelle befinden, unterschiedliche Zustände einnehmen. Die restlichen drei der sechs dargestellten schwenkbaren Auflager 61 , 62, 63, 64, 65, 66 werden nur zu bestimmten Zeitpunkten innerhalb der Bohrungen der Schaltwelle 67 gedreht, da sie über ein Schrittschaltgetriebe 70 mit dem Betätigungszahnrad 68 in Verbindung stehen. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil, dass eine Drehung von beispielsweise 40 Grad am Betätigungszahnrad 68 eine Drehung von beispielsweise 120 Grad an den jeweiligen schwenkbaren Auflagern 61 , 62, 63, 64, 65, 66 bewirkt. Die obenstehend dargestellten neun Gangstufen werden somit mit Hilfe einer Drehbewegung von 8 mal 40 Grad am Betätigungszahnrad 68 durchgeschaltet. Das entspricht einer Drehung von 320 Grad. Die oben angeführten sinnvollen neuen Übersetzungsstufen lassen sind im Rahmen der dargestellten Ausführung einfach umsetzen, wenn die Getriebeeinheit dadurch gekennzeichnet, dass der Fußkreisdurchmesser der Außenverzahnung des Losrades 51 , welches eine Innenverzahnung 57 besitzt, die seitlich beabstandet ist, sich dadurch auszeichnet, daß der Fußkreisdurchmesser kleiner oder gleich ist als der maximale Durchmesser der Innenverzahnung. Diese Ausgestaltung sogar noch in Bezug auf die Festigkeit verbessert werden, wenn die Neuheit dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens dieses eine Losrad 51 , welches eine Innenverzahnung besitzt, die seitlich beabstandet ist, sich dadurch auszeichnet, daß die Zähne der Außenverzahnung, die die Laufverzahnung darstellt, seitlich miteinander stofflich verbunden sind. Parallel hierzu ergibt sich auch eine weitere Verstärkung, wenn mindestens das Losrad 51 , welches einen Innenverzahnung 57 besitzt, die seitlich beabstandet ist, sich dadurch auszeichnet, daß die Zähne der Innenverzahnung 57 seitlich miteinander stofflich verbunden sind. Aus der Darstellung wird deutlich, dass die Schaltwelle 67 in dem Bereich, in dem sie mit dem Losrad 51 in Verbindung steht, welches eine Innenverzahnung 57 besitzt, die seitlich beabstandet ist, sich dadurch auszeichnet, dass die Schaltwelle 67 in diesem Bereich zwei unterschiedliche Außendurchmesser besitzt. Hierbei befindet sich der größere Außendurchmesser bevorzugt innerhalb der Kupplungsverzahnung 57. Bevorzugt steht das Losrad 51 , welches einen Innenverzahnung 57 besitzt, die seitlich beabstandet ist, in Eingriff mit dem größten Zahnrad oder Antriebszahnrad 43, welches sich koaxial zur Tretlagerwelle 18 befindet. Die Ebene E1 steht senkrecht zur Rotationsachse der Schaltwelle 67 und befindet sich mittig im Losrad 56.

Figur 8a, Figur 8b und Figur 8c zeigen jeweils einen Schnitt durch die Ebene E1 des Losrades 56 der Tretlagerschaltung in der Ansicht von links. In allen Figuren ist das Getriebegehäuse rechts nicht dargestellt. Sichtbar ebenfalls in allen Figuren das Kupplungsmittel K6, bestehend aus der Innenverzahnung 57, dem Kupplungskörper 58, der Wurmfeder 106 und den schwenkbaren Auflagern 61 , 62, 63, 64, 65, 66. Es wird aus der Darstellung deutlich, dass nur das eine schwenkbare Auflager 66 für den einen Kupplungskörper 58 verantwortlich ist. Bevorzugt befindet sich keine der Bohrungen, in denen die schwenkbaren Auflagern 61 , 62, 63, 64, 65, 66 angeordnet sind, konzentrisch zur Schaltwelle 67. In bevorzugter Ausführung ist die neuartige Tretlagerschaltung so ausgestaltet, dass sich die Bohrungen, in denen die schwenkbaren Auflagern 61 , 62, 63, 64, 65, 66 angeordnet sind, in gleichem Abstand zur Mantelfläche der Schaltwelle 67 befinden, wobei jede Bohrung zu den jeweils zwei benachbarten Bohrungen ebenfalls den gleichen Abstand besitzt. In bevorzugter Ausführung ist der Kupplungskörper 58 mit einem Schlitz versehen, damit die Wurmfeder 106 eine definierte Kraft auf den Kupplungskörper 58 aufbringen kann. Wurmfedern werden auf Zug beansprucht und können an den Enden so verbunden werden, dass sie eine Ringform bilden. Durch das nachträgliche Zusammenfügen wird die Wurmfeder gerne innerhalb von Wellendichtringen benutzt und ist deswegen ein industriell produziertes und kostengünstiges Maschinenelement. Figur 8a zeigt den Kupplungskörper 58 vollständig abgetaucht innerhalb der Tasche, die als Vertiefung auf der Mantelfläche der Schaltwelle 67 eingefräst ist. Der Kupplungskörper 58 steht in keiner Verbindung zu zur Innenverzahnung 57 des Losrades 56. Das Losrad 56 kann sich in beide Drehrichtungen frei drehen. Das Kupplungsmittel ist in beide Drehrichtungen deaktiviert. Das schwenkbare Auflager 66 steht in keinem direkten Kontakt mit dem Kupplungskörper. Figur 8b zeigt den Kupplungskörper 58 vollständig in die Innenverzahnung 57 des Hohlrades eingekoppelt. Das Kupplungsmittel ist aktiviert. Die zylindrische Mantelfläche des schwenkbare Auflagers 66 steht in kraftübertragender Verbindung mit dem Kupplungskörper 58. Die Schaltwelle kann in diesem Zustand im Uhrzeigersinn ein Drehmoment auf das Losrad 56 übertragen. Figur 8c zeigt den Zustand, wenn das Losrad 56 bei aktiviertem Kupplungsmittel im Uhrzeigersinn schneller rotiert als die Schaltwelle 67. In diesem Zustand gleitet der Rücken des Kupplungskörpers 58 über die Innenverzahnung 57. Dieser Zustand kann kurzzeitig während des Schaltvorgangs auftreten.

Figur 9a, Figur 9b und Figur 9c zeigen den Ausschnitt A1 aus der Schnittdarstellung der Figur 8 in schematisierter Darstellung ganz allgemein für ein solches Kupplungsmittel K gemäß der Neuheit. Die Schaltwelle 67 rotiert um die Rotationsachse X2. In dieser beispielhaften Darstellung dreht sich das Losrad 109 gegen den Uhrzeigersinn und treibt die Schaltwelle 67 an. Die Innenverzahnung 57 befindet sich konzentrisch im Losrad 109. Sie besitzt Lagerflächen 112, Druckflächen 110 und Abgleitflächen 111. Bevorzugt besitzt die Schaltwelle 67 drei oder mehr als drei axiale Bohrungen 113, die parallel oder nahezu parallel zur Achse X2 der Schaltwelle 67 angeordnet sind. Figur 9a, Figur 9b und Figur 9c zeigen repräsentativ und schematisch nur eine dieser axialen Bohrungen 113. In der Bohrung 113 befindet sich das schwenkbare Auflager 114. Das schwenkbares Auflager 114 kann, wie in Figur 9a und 9b dargestellt, einen ersten Zustand einnehmen, in dem das schwenkbare Auflager unmittelbar mit genau einem Kupplungskörper 58 in Verbindung steht. In diesem ersten Zustand ist das Kupplungsmittel aktiviert und ebenfalls erkennbar, dass der Kupplungskörper 58 in kraftübertragende Verbindung zu dem Losrad 109 gebracht werden kann. Die kraftübertragende Verbindung zu dem Losrad 109 wird erreicht, wenn das Losrad 109 wie in Figur 9a dargestellt gegen den Uhrzeigersinn rotiert und die Schaltwelle 67 antreibt. Die kraftübertragende Verbindung zu dem Losrad 109 wird nicht erreicht, wenn das Losrad 109, wie in Figur 9b dargestellt, mit dem Uhrzeigersinn rotiert und die Schaltwelle 67 nicht antreiben kann, da der Kupplungskörper 58 keine formschlüssige Verbindung mit der Druckfläche der Innenverzahnung 110 eingehen kann. Wenn das Losrad 109, wie in Figur 9b dargestellt, mit dem Uhrzeigersinn rotiert, gleitet der Kupplungskörper 58 unter anderem gegen die Abgleitflächen der Innenverzahnung 111 ab und es kann kein Drehmoment vom Losrad 109 auf die Welle 67 übertragen werden. Innerhalb dieser bevorzugten beispielhaften Ausgestaltung besitzt der Kupplungskörper 58 eine Federbefestigungsfläche 117, die sich ständig in Kontakt mit eine Feder 118, zum Beispiel eine Wurmfeder 106, befindet und dafür sorgt, dass der Kupplungskörper 58 unterschiedliche Zustände einnehmen kann und sich nicht in fehlerhafter Weise zwischen der Innenverzahnung 57 und der Schaltwelle 67 verklemmen kann. Damit auch die Wurmfeder 106 sich im Betrieb nicht zwischen wobei die Schaltwelle 67, den Kupplungskörper 58 und der Innenverzahnung 57 des Losrades 108 verklemmen kann, besitzt die Schaltwelle bevorzugt auf Ihrer zylindrischen Mantelfläche mit mehrer Nuten, in denen die nahezu ringförmige Spiralfedern, auch Wurmfedern 106 genannt, eingelegt sind. Auch besitzt aus gleichem Grund der Kupplungskörper 58 eine Nut, in der die nahezu ringförmige Spiralfedern, auch Wurmfedern 106 genannt, eingelegt ist. Innerhalb dieser Nut befindet sich die oben genannte Federbefestigungsfläche 117.

Betrachtet man Figur 9 c, so erkennt man, dass das schwenkbares Auflager 114 einen zweiten Zustand einnehmen kann, in dem das schwenkbare Auflager 114 nicht mit dem Kupplungskörper 114 in Verbindung steht. In diesem zweiten Zustand kann dieser Kupplungskörper 114 nicht in kraftübertragende Verbindung zu dem Losrad 109 gebracht werden und unabhängig von der Drehrichtung des Losrades 109 kann keine Fläche der Innenverzahnung 57 in Verbindung zum Kupplungskörper 58 treten. Das Losrad 109 kann ohne Geräusche auf der Schaltwelle 67 abgleiten. Das Kupplungsmittel ist in Figur 9c deaktiviert dargestellt. Ebenfalls wird aus Figur 9 deutlich, dass die Vertiefung 107, in der sich ein Kupplungskörper 58 befindet, über einen Öffnung 119 mit der Bohrung 113 verbunden ist, in denen sich jeweils ein schwenkbares Auflager 114 befindet.

Figur 10a zeigt das Kupplungsmittel gemäß der Neuheit in einen Ausschnitt aus Figur 9a in schematischer Darstellung. Das Losrad 109 und die Schaltwelle 67 sind nur in einem Ausschnitt dargestellt und sind in der Lage, sich um die Rotationsachse X2 zu drehen. Das Losrad 109 besitzt eine Innenverzahnung 57, die symmetrisch und konzentrisch im Losrad 109 angeordnet ist. Die Innenverzahnung 57 besitzt Druckflächen 110, die die Kräfte von dem Losrad 109 auf die Druckflächen 116 des Kupplungskörpers 58 übertragen. In bevorzugter Ausgestaltung sind die Druckflächen 116 und die Druckflächen 110 beide in gleicher Richtung leicht gekrümmt. Der Kraftpfeil Fk 124 repräsentiert in der Darstellung diese Kräfte. Diese Art der Anordnung ist natürlich auch in der Lage die Kräfte umgekehrt von dem Kupplungskörper auf das Losrad 109 zu übertragen. Um das bevorzugte Prinzip zu beschreiben, wird in der folgenden Beschreibung jedoch der Fall ausgewählt, dass auf den Kupplungskörper 58 die Kräfte von dem Losrad 109 auf den Kupplungskörper 58 übertragen werden. Der Kupplungskörper 58 befindet sich an der Schaltwelle 67 innerhalb einer Tasche 107, die man auch als Vertiefung innerhalb der Mantelfläche der Schaltwelle 67 beschreiben kann. Der Kupplungskörper 58 ist auf Fläche 137 auf der Schaltwelle 67 gelagert und kann sich deswegen um die Rotationsachse X8 drehen. Die Kraft Fk 124, die vom Losrad 109 auf den Kupplungskörper 58 aufgebracht wird, wird aus Auflagerkraft Fa 140 in die Schaltwelle 67 abgeleitet. Da die Kraft Fk 124, die vom Losrad 109 in den Kupplungskörper 58 eingeleitet wird, jedoch in Bezug auf die Drehachse X8 einen Hebelarm Ik besitzt, entsteht ebenfalls ein Drehmoment und der Kupplungskörper 58 möchte sich im Uhrzeigersinn um die Achse X8 drehen. Diese Drehbewegung durch ein Drehmoment MA wird jedoch verhindert, da das schwenkbare Auflager 114, dass innerhalb einer axialen Bohrung 113 in der Schaltwelle 67 angeordnet ist, den Kupplungskörper 58 mit der Kraft Fb 125 abstützt. Es kommt zu einem Gleichgewicht der Drehmomente um die Achse X8:

FK* IK = FB * IB = MA

Der Hebelarm Ik ist bevorzugt kurz zu gestalten und der Hebelarm Ib etwas länger, da hierdurch die Auflagerkraft Fb auf das schwenkbare Auflager 114 minimiert werden kann. Es handelt sich somit im Rahmen der Neuheit um einen selbstausrückenden Kupplungskörper 58. Die Gestalt des Kupplungskörpers 58 und der Innenverzahnung 57 sind so gewählt, das das Drehmoment Ma bei ausgeschwenktem Auflager 114 die Haftreibung zwischen der Druckfläche 116 des Kupplungskörpers 58 und der Druckfläche 110 der Innenverzahnung 57 überwindet und das Kupplungsmittel deaktiviert. Die mechanische Arbeit für die Überwindung der Haftreibung wird somit durch den Fahrradfahrer selbst aufgebracht. Das Betätigungsmittel muss ausschließlich die mechanische Arbeit aufwenden, um das schwenkbare Auflager zu bewegen. Die Reibung am schwenkbaren Auflager wird ausschließlich durch die Kraft Fb bestimmt, die im Rahmen der vorteilhaften Ausgestaltung des Kupplungskörpers minimiert wurde. Das Drehmoment Mb 126 ist am schwenkbaren Auflager 114 leicht durch ein Betätigungsmittel aufzubringen, da da schwenkbare Auflager 114 sich um seine eigene Achse X9 dreht. In vorteilhafter Ausgestaltung besitzen die schwenkbaren Auflager 114 eine zylindrische Form, wobei der Durchmesser des Zylinders mindestens um den Faktor drei kleiner ist als der Durchmesser der Schaltwelle. Ein Zylinder, der innerhalb einer Bohrung unter radialer Last um einen bestimmten Winkel geschwenkt werden soll, lässt sich umso leichter schwenken, je kleiner sein Durchmesser ist. In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Lagerfläche 139 des schwenkbaren Auflagers 114 an der Schaltwelle 67 und die Fläche innerhalb der axialen Bohrung 113 der Schaltwelle 67 in Stahl gefertigt und gehärtet ausgeführt. Wenn die axialen Bohrung 113 nur über eine einzelne Öffnung 119 mit der Vertiefung 107 in der Mantelfläche der Schaltwelle 67 verbunden ist, bleibt die Festigkeit der Schaltwelle 67 erhalten, da die Schaltwelle 67 nicht, wie meist in Konstruktionen nach dem Stand der Technik der Fall, durch eine große konzentrische Bohrung geschwächt ist.

Im Vergleich zur oben stehend beschriebenen Figur 10a zeigt die Figur 10b das Kupplungsmittel gemäß dem Stand der Technik in einer vergleichbaren schematischen Darstellung. Die Kraft Fk 124, die vom Losrad 109 über die Druckfläche 110 der Innenverzahnung 57 auf den Kupplungskörper 58 übertragen wird, sorgt für ein Drehmoment Mp entgegen dem Uhrzeigersinn um die Drehachse X8. Dieses Drehmoment Mp führt in dieser Ausgestaltung gemäß dem Stand der Technik zu einer Selbsthemmung. Der Kupplungskörper 58 überträgt die Kräfte vollständig und ausschließlich über die Lagerfläche 137 des Kupplungskörpers auf der Schaltwelle 67. Das Drehmoment Mp sorgt dafür, das sich der Kupplungskörper an der Innenverzahnung 57 mit der Kraft Fr abstützt. Um einen Schaltvorgang nach diesem Stand der Technik einzuleiten, muss die Reibkraft, die aufgrund der Flächenpressung an der Druckfläche 116 des Kupplungskörpers entsteht, vollständig durch die eingeprägte Kraft Far 136 der Nockenwelle 138 aufgebracht werden. Aufgrund des relativ langen Hebelarms Ln 134 an der Nockenwelle 138, die gemäß dem Stand der Technik meist koaxial zur Schaltwelle 67 angebracht ist, müssen die durch das Betätigungsmittel eingeleiteten Drehmomente Mn sehr hoch sein, um den Kupplungskörper 58 aus der Innenver- zahnung 57 zu lösen. Bei gleicher Kraft Fk ist das Betätigungsmoment Mb in der neuartigen Ausgestaltung gemäß Figur 10a deutlich geringer als das Betätigungsmoment Mn in Ausgestaltungen nach dem Stand der Technik gemäß Figur 10b. Damit sei gezeigt, dass die neuartige Ausgestaltung der Schaltvorrichtung innerhalb der Tretlagerschaltung einen Schaltvorgang auch unter Last durchführen kann.

Betrachtet man Figur 10a, so kann man zusammenfassen, dass ein beispielhaftes bevorzugtes Tretlagergetriebe mit einer Schaltvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass Losräder konzentrische Bohrungen besitzen und wobei die Bohrungen mit Innenverzahnungen 57 ausgestaltet sind und wobei sich innerhalb der Bohrungen die Schaltwelle 67 und die Kupplungskörper 58 und mindestens ein Teil der schwenkbaren Auflager 114 befinden und wobei die Innenverzahnungen 57 Druckflächen 110 besitzen, die die Kräfte von dem Losrad 109 auf die Druckflächen 116 des Kupplungskörpers 58 übertragen und wobei die Druckflächen 116 des Kupplungskörper 58 und die Druckflächen 110 der Innenverzahnung 57 beide in gleicher Richtung leicht gekrümmt sind. Zusätzlich ist diese beispielhafte Ausgestaltung dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungskörper einen Zustand einnehmen kann in dem die Kraft, die von einem Losrad auf diesen Kupplungskörper übertragen wird, gleichzeitig von dem Kupplungskörper in die Schaltwelle und in ein Auflager geleitet werden kann und wobei das Auflager in Bezug auf seine Lage und Orientierung relativ zur Schaltwelle über ein Betätigungsmittel verändert werden kann.

Figur 11a zeigt die Schaltwelle 67 aus Figur 7 in perspektivischer Darstellung ohne die Losräder 51 bis 56. Das rechte Gehäuse 34 und das linke Gehäuse 35 ist ebenfalls nicht dargestellt. Die Darstellung ist beispielhaft. Auf der linken Seite befindet sich das Kugellager 32, das über einen Sicherungsring 33 axial festgelegt ist. Rechts neben dem Kugellager 32 befindet sich eine Distanzhülse 28. Die Losräder stützen sich axial nach links gegen diese Distanzhülse 28 und nach rechts gegen den Wellenbund 120” ab. Die Schaltwelle 67 besitzt auf Ihrer zylindrischen Mantelfläche mehrere Nuten 142, in denen nahezu ringförmige Spiralfedern 106 eingelegt werden können. Die ringförmigen Spiralfedern 106 sind in Figur 11a nicht dargestellt. Die Schaltwelle 67 besitzt in ihrem Inneren in dieser Ausgestaltung sechs Kammern 143, die parallel oder nahezu parallel zur Achse der Schaltwelle angeordnet sind. Diese Kammern sind nicht koaxial zur Rotationsachse X2 der Schaltwelle 67 ausgeführt. Innerhalb der sechs Kammern befindet sich jeweils ein schwenkbares Auflager 61-66. Jedes schwenkbare Auflager 61-66 kann einen ersten Zustand einnehmen, in dem das schwenkbare Auflager 61-66 mittelbar oder unmittelbar mit genau einem Kupplungskörper 144-149 in Verbindung steht. Man erkennt, dass der Kupplungskörper 149 hochgeklappt ist und so in diesem ersten Zustand dieser Kupplungskörper 149 in kraftübertra- gende Verbindung zu dem nicht dargestellten Losrad 56 steht. Man erkennt ebenfalls in der Darstellung, dass die Mantelfläche der Schaltwelle 67 Vertiefungen 107 besitzt, in denen sich die Kupplungskörper 144-149 befinden. Sichtbar in Figur 11a sind nur drei Kupplungskörper 142, 146 und 149. Die mehreren Vertiefungen 107 sind bevorzugt gleichmäßig über dem Umfang der Mantelfläche verteilt. Damit die Kupplungskörper angesteuert werden können, sind die sechs Vertiefungen 107 jeweils über eine Öffnung 119 mit den sechs Kammern verbunden, in denen sich die schwenkbaren Auflager 61-66 befinden. Auf der rechten Seite befindet sich das Kugellager 32'. Das Kugellager 32'ist axial über das Referenzzahnrad 69 festgelegt. Das Betätigungszahnrad 68 befindet sich ganz rechts an der Schaltwelle 67 und ist in der Lage, die sechs schwenkbaren Auflager 61-66 zu betätigen.

Figur 11b zeigt die Baugruppe aus Figur 11a in gleicher perspektivischer Darstellung ohne die Schaltwelle 67, ohne die Kugellager 32, 32' und ohne die Distanzhülse 28. Man erkennt in der Darstellung gut, dass zwei der sechs schwenkbaren Auflager einen ersten Zustand eingenommen haben, in dem die zwei Auflager 61 und 66 unmittelbar mit genau einem Kupplungskörper 144 und 149 in Verbindung stehen. In diesem Zustand sind die Kupplungskörper hochgeklappt und können Kräfte übertragen. Die Kupplungsmittel K1 und K6 sind aktiviert. Dieser erste Zustand entspricht dem Prinzip, welches in der Darstellung Figur 9a beschrieben wurde. Die vier schwenkbaren Auflager 62, 63, 64, 65 befinden sich in einem zweiten Zustand, in dem jedes der vier schwenkbaren Auflager 62, 63, 64, 65 nicht mit einem der jeweiligen Kupplungskörper in Verbindung steht. Diese Entkopplung ist möglich, da die schwenkbaren Auflager 61 , 62, 63, 64, 65, 66 eine zylindrische Form besitzen und an der zylindrischen Mantelfläche 151 Aussparungen 150 besitzen, und wobei sich die Aussparungen 150 in der Nähe der Kupplungskörper 141-146 befinden. In diesem zweiten Zustand sind die Kupplungskörper heruntergeklappt und können keine Kräfte übertragen. Die Kupplungsmittel K2, K3, K4 und K5 sind deaktiviert. Dieser zweite Zustand entspricht dem Prinzip, welches in der Darstellung Figur 9c beschrieben wurde. In diesem zweiten Zustand können dieser Kupplungskörper nicht in kraftübertragende Verbindung zu einem Losrad gebracht werden. Die schwenkbaren Auflager 61-66 haben unterschiedliche Längen und befinden sich innerhalb der Schaltwelle 67 in Kammer mit einer zylindrischen Form. Diese Form kann durch axiale Bohrungen mit unterschiedlicher Tiefe bevorzugt in der Fertigung umgesetzt werden.

In dieser Darstellung der Schaltwelle des neuartigen Tretlagergetriebes wird ebenfalls deutlich, dass ein erstes Teilgetriebe und ein zweite Teilgetriebe zur Kraftübertragung in Reihe geschaltet sind: Die Kupplungskörper 144, 145 und 146 übertragen innerhalb des ersten Teilgetriebes Drehmomente von den Losrädern 51, 52 und 53 auf die Schaltwelle 67. Die Kupplungskörper 147, 148 und 149 sind um 180 Grad gedreht innerhalb der Schaltwelle 67 angeordnet und sind Teil des zweiten Teilgetriebes. Um Drehmomente über beide Teilgetriebe zu übertragen, muss somit einer der drei Kupplungskörper 144, 145, 146 und einer der drei Kupplungskörper 147, 148, 149 hochgeklappt sein. Jedes Teilgetriebe besitzt drei Gänge. Die Reihenschaltung der Teilgetriebe ergeben 9 Gänge. Für einen Gangwechsel von einem Gang zu dem jeweils nächsten Gang rotieren die drei schwenkbaren Auflager 61-63 oder 64-66 im Teilgetriebe gleichzeitig jeweils um die eigene Achse ihrer zylindrischen Form um 120 Grad. Die Aussparungen 150 an den zylindrischen Mantelflächen der schwenkbaren Auflager müssen sich folglich in dieser beispielhaften Ausgestaltung über einen Bereich von 240 Grad erstrecken, da über 360 Grad Schwenkbewegung immer nur ein einzelner Gang im Teilgetriebe aktiviert sein darf.

Ebenfalls wird durch Figur 11 b deutlich, dass es vorteilhaft für die Festigkeit der Schaltwelle 67 ist, wenn die axialen Bohrungen, in denen die schwenkbaren Auflagern 61-66 angeordnet sind, in gleichem oder ähnlichem Abstand zur Mantelfläche der Schaltwelle 67 befinden. In diesem Fall ist auch die Form der Kupplungskörper 144-149 gleich. Wenn jede Bohrung zu den jeweils zwei benachbarten Bohrungen ebenfalls einen gleichen oder ähnlichen Abstand besitzt, kann innerhalb der Schaltwelle ein guter Spannungsverlauf realisiert werden. Die Kupplungskörper 144-149 besitzen eine Nut als Federauflagefläche 117, wobei innerhalb der Nut die Wurmfeder 106 dafür sorgt, dass die Funktionen der Kupplungskörper 144-149 wie obenstehend beschrieben erreicht werden.

Die schwenkbaren Auflagern 61-66 sind seitlich aus der Schaltwelle 67 herausgeführt und an ihrem Ende mit Zahnrädern 152, 153, 154, 155, 156, 157 versehen. Anstatt der Zahnräder können die schwenkbaren Auflagern 61-66 auch mit anderen Getriebeelementen zur Ansteuerung versehen werden. Die beispielhafte Ausgestaltung besitzt sechs schwenkbare Auflager 61-66 mit sechs Betätigungszahnrädern 152-157. Die Zahnräder befinden sich nicht in einer Ebene. Jeweils drei Zahnräder 152, 153, 154 und 155, 156, 157 befinden sich in einer Ebene. Es müssen sich genau die Zahnräder in einer Ebene befinden, die mit dem schwenkbaren Auflagern verbunden sind, welche für die erste beziehungsweise zweite Getriebestufe verantwortlich sind. In der vorteilhaften Ausgestaltung befinden sich somit die Betätigungszahnräder 152, 153, 154 für das erste Teilgetriebe in einer Ebene und die Betätigungszahnräder 155, 156, 157 für das zweite Teilgetriebe in einer zweiten Ebene. Dieser Umstand ist in Figur 11 d dargestellt. Figur 11 d zeigt eine Vergrößerung des rechten Bereiches aus Figur 11 c. Jedes Zahnrad 152-157 besitzt 13 Zähne. Die Zahnräder 152, 153, 154, die für die Kupplungsmittel K4 K5 K6 verantwortlich sind, befinden sich außen liegend. Die Zahnräder 155, 156, 157 die für die Kupplungskörper K1 , K2, und K3 verantwortlich sind, befinden sich ein wenig nach innen versetzt. Die Zahnräder sind bevorzugt aus einem Stück mit den schwenkbaren Auflagern 61-66 gefertigt. Ebenso ist jedoch auch eine Ausgestaltung möglich, bei der die Zahnräder 152-157 aufgesteckt und befestigt sind. Damit die Winkellage der schwenkbaren Auflager 61-66 in vorteilhafter Weise verrastet werden kann, besitzen die schwenkbaren Auflager 61-66 auf ihrer Mantelfläche im Abstand von 120 Grad drei Senkungen 158 in die ein federndes Druckstück 80 einrasten kann. Die federnden Druckstücke 159 sind in die Schaltwelle 67 am rechten Ende unterhalb des Lagersitzes des Kugellagers 32' eingeschraubt. Jedem schwenkbaren Auflager 61-66 ein federndes Druckstück 80 zugeordnet. Jedes schwenkbare Auflager 61-66 kann sich in drei Positionen verrasten, nachdem es von außen betätigt wurde. Die Betätigung sollte so aufgebaut sein, dass jedes schwenkbare Auflager 61-66 in dieser bevorzugten Ausgestaltung für das Umschalten von einen Gang in den nächsten Gang immer genau um 120 Grad gedreht wird. Jedes einzelne schwenkbare Auflager besitzt zwei Rastpunkte, bei welchen das Kupplungsmittel deaktiviert ist. Jedes schwenkbare Auflager besitzt einen weiteren Rastpunkt, an dem das Kupplungsmittel aktiviert ist. Betrachtet man die oben im Text angeführte Tabelle 3, so wird deutlich, dass die schwenkbaren Auflager der Kupplungsmittel K1 , K2 und K3 nur zwischen dem dritten und vierten Gang sowie zwischen dem 6 und 7 Gang bewegt werden müssen. In dieser bevorzugter Ausgestaltung werden die schwenkbaren Auflager des ersten Teilgetriebes nur zu zwei Zeitpunkten gleichzeitig zusammen mit mit den schwenkbaren Auflager des zweiten Teilgetriebes bewegt, damit die Gänge von eins bis neun durchgeschaltet werden können.

Figur 12a zeigt einen Ausschnitt auf der rechten Seite der T retlagerwelle in der Ansicht von oben. Es sind ausschließlich die Tretlagerwelle 67 mit dem rechten Getriebegehäuse 34, dem Losrad 56 und dem Losrad 55 sichtbar. Ebenfalls sichtbar ist das Betätigungszahnrad 68 sowie das Referenzzahnrad 69. Das neuartige Tretlagergetriebe zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass ein Referenzzahnrad 69 seitlich fest mit der Schaltwelle 67 verbunden ist und ein Betätigungszahnrad 68 wiederum seitlich neben dem Referenzzahnrad befindet. In bevorzugter Ausgestaltung besitzen diese beiden Zahnräder eine Außenverzahnung mit gleichem Durchmesser, wobei der Durchmesser größer ist als der Aussendurchmesser der Schaltwelle und wobei das Betätigungszahnrad 68 über ein oder mehrere Getriebeelemente mit mindestens einem Teil der schwenkbaren Auflager verbunden ist und wobei das Betätigungszahnrad 68 auf dem Referenzzahnrad 69 gelagert ist. Ein Schaltvorgang während des Betriebs der Tretlagerschaltung wird durchgeführt, in dem das Betätigungszahnrad 68 relativ zu Referenzzahnrad 69 um die Achse X2 vollzogen wird.

Figur 12b zeigt den Schnitt CD durch das Betätigungszahnrad 68 aus Figur 12a. Das Betätigungszahnrad 68 besitzt in dieser vorteilhaften Ausgestaltung zusätzlich zu der Aussenverzah- nung eine Innenverzahnung 71 , wobei die Innenverzahnung 71 mit drei Zahnritzeln 79 in Verbindung steht, wobei diese Zahnritzel 79 mit den schwenkbaren Auflager 64, 65 und 66 verbunden sind. Das Betätigungszahnrad 68 steht somit mittelbar mit den schwenkbaren Auflagern der Kupplungsmittel K4, K5 und K6 in Verbindung, da diese Kupplungsmittel gemäß der oben stehenden Tabelle 3 bei jedem Gangwechsel verändert werden müssen. In dieser vorteilhafter Ausgestaltung steuert das Betätigungszahnrad 68 die Zahnräder 155, 156 und 157 an, da diese für die Kupplungsmittel K4, K5 und K6 verantwortlich sind. Man erkennt in der Figur 12b ebenfalls, dass die axiale Bohrungen, in denen die schwenkbaren Auflager 64, 65 und 66 mit den darauf befestigten Zahnrädern 155, 156 und 157 angeordnet sind, sich gleichmäßig beabstandet auf einem Teilkreis auf der seitlichen axialen Planfläche der Schaltwelle befinden und wobei der Teilkreis konzentrisch zur Drehachse X2 der Schaltwelle 67 angeordnet ist.

Figur 13a zeigt einen Ausschnitt auf der rechten Seite der T retlagerwelle in der Ansicht von oben. Die Tretlagerwelle 67 wird vom Kugellager 32'in der Ansicht verdeckt. Das Getriebegehäuse 34, das Losrad 56 und das Losrad 55 aus Figur 12a sind nicht dargestellt. Ebenfalls sichtbar ist Referenzzahnrad 69, welches auf seiner rechten Planseite eine kurzen zylinderförmigen Ring 159 besitzt, auf dem das Betätigungszahnrad 68 gelagert ist.

Figur 13b zeigt den Schnitt EF durch das Referenzzahnrad 69 in Figur 13a auf Höhe der Mitte des kurzen zylinderförmigen Rings 159. Der Schnitt zeigt ein Schrittschaltgetriebe, welches es ermöglicht, die Zahnräder 152, 153, 154, die für die Betätigung der Kupplungsmittel K1 , K2, K3 verantwortlich sind, nur in den Perioden zu bewegen, wenn das Betätigungszahnrad 58 vom dritten in den vierten und vom sechsten in den siebten Gang geschaltet wird. Das Referenzzahnrad 69 ist aus einem Stück zusammen mit einem kurzen zylinderförmigen Hohlwellenstummel 159 gefertigt. Das Betätigungszahnrad 68 besitzt ebenfalls einen kurzen zylinderförmigen Ring 161 , der in dem Ring 159 gelagert ist. Dieser Ring 159 besitzt eine Nut 162, in der sich eine Kugel 165 beweglich eingelegt ist. Das Betätigungszahnrad 68 bildet mit seinem Ring 161 den Eingang des Schrittschaltgetriebes 160. Bei Drehung des Betätigungszahnrades 68 wird die Kugel 168 durch eine Kulisse 166 auf der Ringinnenfläche des Ringes 159 an bestimmten Winkelübergängen radial verschoben und kann den innen liegende Hohlrad 164, welches für die Betätigung der Kupplungsmittel K1 , K2, K3 verantwortlich ist, mitnehmen. Die Hohlräder 164 und 71 besitzen in bevorzugter Ausgestaltung 39 Zähne. Das Hohlrad 164 bildest den Ausgang des Schrittschaltgetriebes 160, da sich dieses Hohlrad 164 nur schrittweise bewegt. Eine Verdrehung des Hohlrades 164 um 40 Grad bewirkt an den Zahnrädern 152, 153, 154 eine Verdrehung um 120 Grad, da diese Zahnräder bevorzugt 13 Zähne besitzen. Wie bereits vorab beschrieben ist es somit mög- lieh, die Kupplungsmittel innerhalb von einer Umdrehung der schwenkbaren Auflager in zwei deaktivierte und einen aktivierten Zustand zu versetzen und die 9 Gangstufen gemäß Tabelle 3 zu erreichen. Figur 13b zeigt die Neuheit beispielhaft in den ersten von 9 Gängen. Die Winkelbewegung, die am Ring 161 vollzogen werden muss, um neun Gangstufen einzulegen, besteht aus acht einzelnen Bewegungen mit jeweils 40 Grad, die mit Hilfe von Pfeilen innerhalb der Figur 13b dargestellt sind. Die neun Gangstufen sind mit römischen Zahlen gekennzeichnet. Die Darstellung zeigt die Kugel 165 in der Position des ersten Gangs, gekennzeichnet mit I. Um den zweiten Gang einzulegen, wird die Kugel 165 mit Hilfe des Rings 61 gegen den Uhrzeigersinn um die Achse X2 gedreht, bis die Kugel die Position II erreicht hat. Um den dritten Gang einzulegen, wird die Kugel 165 mit Hilfe des Rings 61 gegen den Uhrzeigersinn so um die Achse X2 gedreht, bis die Kugel die Position III erreicht hat. Um von dem dritten Gang in den vierten Gang zu schalten, wird die Kugel 165 mit Hilfe des Rings 61 gegen den Uhrzeigersinn um weitere 40 Grad um die Achse X2 gedreht, bis die Kugel die Position IV erreicht hat. Während dieser Bewegung wird die Kugel durch den Ring 159 nach innen gedrückt und rastet innerhalb einer Nut 167 am Hohlrad

164 ein und nimmt das Hohlrad gegen den Uhrzeigersinn in der Drehung mit. In diesem Bereich zwischen Position III und Position IV besitzt der Ring 159, der innerhalb dieses Schrittschaltgetriebes 160 als Gestell arbeitet, innen keine Einfräsung an seiner Kulisse 166. Aus diesem Grund bewegt sich die Kugel auf einem inneren Durchmesser 168. In diesem Bereich zwischen Position III und Position IV werden die drei Zahnräder 152, 153, 154 gleichzeitig von dem Hohlrad 164 um 120 Grad gedreht. Um von dem vierten Gang in den fünften Gang zu schalten, wird die Kugel

165 mit Hilfe des Rings 61 weiter gegen den Uhrzeigersinn um weitere 40 Grad gedreht, bis die Kugel die Position V erreicht hat. In diesem Bereich werden die drei Zahnräder 152, 153, 154 von dem Hohlrad 164 nicht weiter gedreht, da die Kugel 165 das Hohlrad 164 nicht mitnehmen kann. Die Kugel 165 befindet sich auf ihrem äußeren Laufdurchmesser 169. Dort verbleibt sie ebenfalls, wenn von dem fünften Gang in den sechsten Gang geschaltet wird und die Kugel 165 mit Hilfe des Rings 61 weiter gegen den Uhrzeigersinn, bis die Kugel die Position VI erreicht hat. Um von dem sechsten in den siebten Gang zu schalten, wiederholt sich der Prozeß, der bereits vom dritten in den vierten Gang vonstatten ging. Die Kugel 165 wird von der Kulisse des äußeren Rings 159 innerhalb der Nut 162 nach innen geschoben und rastet in einer Vertiefung 167 ein. Die Vertiefung 167 ist in bevorzugter Ausgestaltung als Nut 167 gefertigt und befindet sich am Hohlrad 164. Das Hohlrad 164 wird zusammen mit dem Betätigungszahnrad 68, welches ja einstückig mit dem Ring 161 verbunden ist, von der Position VI auf die Position VII gedreht. Um von dem siebten Gang in den achten Gang zu schalten, wird die Kugel 165 mit Hilfe des Rings 61 gegen den Uhrzeigersinn um weitere 40 Grad um die Achse X2 gedreht, bis die Kugel die Position VIII erreicht hat. In diesem Bereich wird das Hohlrad 164 wieder nicht mitgedreht. Die Kugel 165 gleitet innerhalb der Kulisse 166, die sich als Einfräsung auf der Innenseite Rings 161 befindet. Um von dem achten Gang in den neunten Gang zu schalten, wird die Kugel 165 mit Hilfe des Rings 61 gegen den Uhrzeigersinn um weitere 40 Grad um die Achse X2 gedreht, bis die Kugel die Position IX erreicht hat. Auch während dieser Bewegung werden nur die schwenkbaren Auflager 64, 65, 66 in den axialen Bohrungen durch das Betätigungszahnrad 68 gedreht. Die schwenkbaren Auf lager 61 , 62, 63, die mit den Zahnrädern 152, 153, 154 verbunden sind, werden während dieser Bewegung nicht gedreht. Dieses Schrittschaltgetriebe 160 in dieser bevorzugten Ausgestaltung bewegt sich ausschließlich in einem Bereich von 320 Grad. Eine vollständige Drehung ist in dieser beispielhaften Ausführung nicht gewünscht. Die Bewegung kann im oder gegen den Uhrzeigersinn erfolgen. Eine Drehung im Uhrzeigersinn entspricht den Schaltbewegungen von einem hohen Gang in einen niedrigeren Gang. Die Funktionsweise funktioniert in beide Drehrichtungen. Man erkennt in der Figur 13b ebenfalls, dass die axialen Bohrungen, in denen die schwenkbaren Auflager angeordnet sind, sich gleichmäßig beabstandet auf einem Teilkreis auf der seitlichen axialen Planfläche der Schaltwelle befinden und wobei der Teilkreis konzentrisch zur Drehachse X2 der Schaltwelle 67 angeordnet ist.

Figur 14 zeigt eine schematische Darstellung des Schrittschaltgetriebes 160 angekoppelt an die Schaltwelle 67 in Verbindung mit der Betätigungsbaugruppe 85. Innerhalb des Betätigungsbaugruppe 85 befinden sich sämtliche Betätigungsmittel. Innerhalb der Darstellung ist noch der rechte Teil der Schaltwelle 67 und das rechte Kugellager 32' abgeschnitten dargestellt. Wie bereits vorab erläutert, wird der Zustand der drei Kupplungsmittel K1 , K2 und K3 über das Schrittschaltgetriebe 160 nur zwischen dem dritten und vierten Gang sowie zwischen dem sechsten und siebten Gang geändert. Das Betätigungszahnrad 68 betätigt auf der einen Seite die Kupplungsmittel K4 K5 und K6 direkt und die Kupplungsmittel K1 K2 und K3 über das Hohlrad 164. Wenn der Fahrradfahrer während der Fahrt in die Pedalen tritt, rotiert die Tretlagerwelle 67 ständig um die Rotationsachse X2. Wenn während dieser Fahrt keine Schaltbewegung durchgeführt wird, rotiert das gesamte Schrittschaltgetriebe 160 mit dem Referenzzahnrad 69 und den Betätigungszahnrad 68 mit der gleichen Drehzahl wie die Schaltwelle 67. In vorteilhafter Ausgestaltung liegt die Rotationsachse X2 der Schaltwelle 67 koaxial zur Rotationsachse X11 des Schrittschaltgetriebes 160 und das Schrittschaltgetriebe 160 befindet sich mindestens zu großen Teilen seitlich neben der Schaltwelle 67 und neben der Kugellagerung 32' der Schaltwelle 67. Hierbei ist bevorzugt die Schaltwelle 67 mit einem Referenzzahnrad 69 mit Aussenverzahnung verbunden, welches einen größeren Durchmesser besitzt im Vergleich zum Außendurchmesser der Schaltwelle 67 und wobei das Schrittschaltgetriebe 160 ein Betätigungszahnrad 68 mit einer Außenverzahnung besitzt, die einen ähnlichen oder gleichen Durchmesser im Vergleich zum Referenzzahnrad 69 hat. Wie bereits oben stehend beschrieben, wird der Schaltvorgang eingeleitet, indem das Betätigungszahnrad relativ zum Referenzzahnrad 69 verdreht wird. Dieser Schaltvorgang muss auch bei rotierender Schaltwelle funktionieren. Mithilfe des Überlagerungsgetriebes 170, welches sich parallel und nicht koaxial zur Schaltwelle befindet, kann das Betätigungszahnrad 68 in Relation zum Referenzzahnrad 69 von einem stehenden Gehäuse 121 aus verdreht werden.

Das Überlagerungsgetriebe 170 gemäß der Neuheit besitzt ein Sonnenrad 173, wobei dieses Sonnenrad 173 verdrehtest an einem Gehäuse 180 angeordnet ist. Diese Verbindung kann auch mittelbar erfolgen. Koaxial zu diesem festen Sonnenrad 173 ist ein Betätigungssonnenrad 174 im Gehäuse 180 gelagert. Beide Sonnenräder 173, 174 stehen im Eingriff mit Planetenrädern 176. Bevorzugt besitzen beide Sonnenräder 173, 174 den gleichen Durchmesser und ebenfalls besitzen in bevorzugter Ausgestaltung alle Planetenräder 176, 176', 176", 176'" ebenfalls einen gleichen Durchmesser. Die Planetenräder 176, 176', 176", 176'" sind am Steg 175 über Planetenradachsen 179 gelagert. Die Planetenräder 176, 176', 176", 176'" stehen bevorzugt mit zwei Innenverzahnungen 182, 182' in Kontakt. Die erste Innenverzahnung 182 befindet sich in vorteilhafter Ausgestaltung innerhalb einer konzentrischen Bohrung einen außen verzahnten Referenzrades 177 des Überlagerungsgetriebes. Die zweite Innenverzahnung 182' befindet sich in vorteilhafter Ausgestaltung innerhalb einer konzentrischen Bohrung einen außen verzahnten Betätigungsrades 178 des Überlagerungsgetriebes. Das Betätigungsrad 178 des Überlagerungsgetriebes 170 steht ständig im Eingriff mit dem Betätigungszahnrad 68 des Schrittschaltgetriebes 160. Das Referenzrades 177 des Überlagerungsgetriebes 170 steht ständig im Eingriff mit dem Referenzzahnrad 69 des Schrittschaltgetriebes 160. Wenn der Fahrradfahrer während der Fahrt in die Pedalen tritt, rotiert die Tretlagerwelle 67 ständig um die Rotationsachse X2. Wenn während dieser Fahrt keine Schaltbewegung durchgeführt wird, rotiert das gesamte Schrittschaltgetriebe 160 mit dem Referenzzahnrad 69 und den Betätigungszahnrad 68 mit der gleichen Drehzahl wie die Schaltwelle 67. Folglich rotieren auch das Referenzrad 177 des Überlagerungsgetriebes 170 und das Betätigungsrad 178 des Überlagerungsgetriebes 170 während des Betriebs ständig. Da das Sonnenrad 173 gehäusefest ist, rotiert der Steg ebenfalls um die Achse X10. Das Betätigungssonnenrad 174 steht während des Betriebs still in Relation zum Gehäuse 180. Wird an einer Betätigungsschnittstelle 181 ein Betätigungsdrehmoment MBT eingeleitet, so führt diese Drehbewegung zu einer relativen Verdrehung von dem Betätigungszahnrad 68 in Relation zum Referenzzahnrad 69. Die Betätigung ist auch möglich, während die Schaltwelle 67 rotiert. Der Drehmomentfluss, der sich während der Betätigung des Schaltgetriebes einstellt, ist in der Figur 14 als dicke schwarz Linie schematisch dargestellt. In dieser beispielhaften Ausgestaltung ist an der Betätigungsschnittstelle 181 elektrischer Stellmotor 183 über ein Reduziergetriebe 184 angeordnet. Auf diese Weise können hohe Drehmomente an der Betätigungsschnittstelle 181 eingespeist werden, um ein Schalten unter Last am Tretlagergetriebe möglich zu machen. Betrachtet man die gesamte Betätigungsbaugruppe 85 innerhalb der neuartigen Tretlagerschaltung, so werden die Drehmomente vom elektrischen Stellmotor 183 erzeugt, vom Reduziergetriebe 184 verstärkt, innerhalb des Überlagerungsgetriebes 170 in ein rotierendes System eingespeist, innerhalb des Schrittschaltgetriebes 160 in mehrere Lastpfade aufgeteilt und in die Kupplungsmittel K1 bis K6 eingespeist. Die Kupplungsmittel werden hierdurch in die Lage versetzt, die einzelnen Losräder in korrekter Abfolge mit der Schaltwelle zu verbinden. In anderer Ausgestaltungen kann an der Betätigungsschnittstelle 181 nicht nur ein elektrisch betriebener Aktuator 172 den Schaltvorgang durchführen, sondern es sind ebenfalls einfache und kostengünstige Ansteuerungen über einen Seilzug, über eine Hydraulik oder andere Betätigungen nach dem Stand der Technik möglich. Um absolut oder inkremental zu sensieren, welcher Gang während des Betriebs der Tretlagerschaltung eingelegt ist, ist vorzugsweise innerhalb der Betätigungsbaugruppe 85 in der Nähe der Betätigungsschnittstelle 181 eine Sensorbaugruppe 171 zur Gangstufendetektion angeordnet. Diese Baugruppe besteht aus einem Zahnrad 187, welches die Drehwinkelinformation in der Nähe der Betätigungsschnittstelle 181 abnimmt und in die Sensorbaugruppe 171 weitergeleitet. In vorteilhafter Ausgestaltung ist hinter dem Zahnrad 187 eine weitere Getriebeübersetzung 186 angeordnet, um die Winkelinformation für den elektronischen Lagesensor besser aufbereitet.

Figur 15a zeigt eine perspektivische Ansicht des Losrades 51 aus Figur 4 in vorteilhafter Ausgestaltung. Das Losrad 51 ist auf der nicht dargestellten Schaltwelle 67 und mit einer Innenverzahnung 57 ausgestaltet sind. Die Aussenverzahnung 190 steht mit dem nicht dargestellten Antriebszahnrad 43 im Eingriff. An dem dargestellten Losrad 51 sind bevorzugt die Zähne der Aussenverzahnung 190 seitlich über einen Steg 191 miteinander verbunden, sind. In der Darstellung kann man ebenfalls gut erkennen, dass die hier nicht dargestellten Kupplungskörper 58 eine formschlüssige Verbindung mit einer Innenverzahnung 57 einnehmen können. Bei diesem Losrad 51 ist die Innenverzahnung (57) vorteilhaft seitlich gegenüber der Aussenverzahnung 190 beab- standet. Um die oben dargestellten 9 Gänge innerhalb des Tretlagergetriebes umzusetzen, ist eine Zähnezahl von 15 Zähnen am Losrad 51 notwenig. Diese Verzahnung hat einen sehr kleinen Fußkreis. Um dieses Losrad 51 mit Hilfe der Schaltvorrichtung 188 mit der Schaltwelle 67 zu verbinden, muss sich die Innenverzahnung 57 auf einem größeren Durchmesser neben der Aussenverzahnung 190 befinden. Eine solche bevorzugte Bauform aus einem Stück ist im Fließpressverfahren herstellbar. Figur 15b zeigt eine des Losrades 51 aus Figur 4 in der Ansicht von rechts. Die Zähne der Innenverzahnung 57 sind seitlich seitlich über einen Steg 191 miteinander verbunden. Der Steg bildet hier eine plane Fläche auf dem Grund. Der Steg ist hier kein einzelner Steg, sondern wird kreisförmig als innen liegender Ring gebildet, wobei der Ring aus einem Stück zusammen mit der Aussenverzahnung 190 und der Innenverzahnung 57 gefertigt ist.

Figur 15c zeigt eine Schnittdarstellung des Losrades 51 aus Figur 15b. An dem Losrad 51 sind die Zähne der Aussenverzahnung 190 und die Zähne der Innenverzahnung 57 vollständig über einen Verstärkungsring 78 stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Aussenverzahnung 190 und die Innenverzahnung 57 wird in vorteilhafter weise seitlich durch den Ring 192 verstärkt. Die Materialspannungen im Zahnfuß unter Lasteinwirkung werden in vorteilhafter Weise reduziert.

Figur 15d zeigt die Schnittdarstellung des Losrades 51 aus Figur 15b in zweifach aufgeschnittener Form. Das Bauteil ist auf dem Grund der Innenverzahnung 57 und am seitlichen Ende der Aussenverzahnung 190 geschnitten und die entstehenden Teile seitlich verschoben dargestellt, um das Prinzip deutlich zu machen. Der Verstärkungsring 78 ist axial zwischen der Aussenverzahnung 190 und der Innenverzahnung 57 angeordnet und stoffschlüssig verbunden. Das Losrad 51 ist aus einem einzigen Stück Stahl gefertigt. Man erkennt, dass innerhalb des Volumens, welches durch die Mantelfläche der Aussenverzahnung 190 gebildet wird, eine Lagerung 112 angeordnet ist. Diese Lagerfläche ist bevorzugt gehärtet und geschliffen und steht mit der gehärtet und geschliffenen Mantelfläche der Schaltwelle 67 in Kontakt. Bei aktiviertem Kupplungsmittel K1 gibt es keine Relativbewegung zwischen dem Losrad 51 und der Schaltwelle 67 und die radialen Kräfte können direkt von der Aussenverzahnung 190 auf die Schaltwelle 67 übertragen werden. Die Planflächen 192 der Losräder sind ebenfalls geschliffen und sorgen für eine axiale Spielfreiheit innerhalb des Getriebes. In bevorzugter Ausgestaltung sind die Übergänge zwischen Verstärkungsring 78, der Aussenverzahnung 190 und der Innenverzahnung 57 mit Radien verrundet, um die Kerbwirkung zu minimieren. Eine anderen Beschreibung des Verstärkungsrings ist ringförmige Verstärkungsscheibe.

Vergleicht man Figur 15 mit Figur 11a, so wird deutlich, dass die Tretlagerschaltung 10 vorteilhaft dadurch gekennzeichnet ist, dass der Durchmesser der Lagerung 112 bei einem Losrad 51 auf der Schaltwelle 67 kleiner ist als der kleinste Durchmesser innerhalb der Innenverzahnung 57 und wobei die Schaltwelle 67 dadurch gekennzeichnet ist, dass sie in dem Bereich, in dem sie mit dem Losrad 51 in Verbindung steht, welches eine Innenverzahnung 57 besitzt, die seitlich beabstandet ist, sich dadurch auszeichnet, dass die Schaltwelle 67 in diesem Bereich zwei unterschiedliche Außendurchmesser besitzt.

Figur 16a zeigt eine perspektivische Ansicht von den drei Abtriebszahnrädern 37, 38, 39 aus Figur 4.. Diese drei Abtriebszahnrädern 37, 38, 39 sind aus einem Stück gefertigt und bilden in bevorzugter Ausgestaltung Radpaare 189 mit den passenden drei Losrädern 54, 55, 56 die auf der Schaltwelle angeordnet sind. In bevorzugter Ausgestaltung sind diese drei Abtriebszahnrädern 36, 37, 38 zusätzlich auch noch sind aus einem Stück zusammen mit der verzahnten Abtriebshohlwelle 36 gefertigt. Die Zahnfußfestigkeit der drei Abtriebszahnrädern 37, 38, 39 verbessert sich in vorteilhafter Weise, wenn die Zähne der Aussenverzahnung 190 wie dargestellt mindestens teilweise seitlich über einen Steg miteinander verbunden sind. Auch zeigt die Darstellung eine beispielhafte Ausgestaltung der Tretlagerschaltung 10, dadurch gekennzeichnet, dass axial seitlich und zwischen zwei Abtriebszahnrädern 38, 39 eine ringförmige Verstärkungsscheibe 78 stoffschlüssig angeordnet ist, wobei der Außendurchmesser der Verstärkungsscheibe 78 größer ist als der Fußkreisdurchmesser von mindestens einem der beiden Zahnräder.

Figur 16b zeigt eine Vergrößerung eines Ausschnitts aus Figur 16a. Der Steg 191 überbrückt die Zahnflanken des Abtriebszahnrades 38 seitlich und verstärkt es. Gleichzeitig bildet diese Steg 191 zusammen mit den Seitenflächen der Zähne des Abtriebszahnrades 38 eine ringförmige Verstärkungsscheibe 78, die wiederum auch die Zähne des Abtriebszahnrades 39 verstärkt und stofflich mit ihm verbunden ist. In gleicher bevorzugter Ausgestaltung sind auch die Seitenflächen des Abtriebszahnrades 37 vollständig stoffschlüssig mit den Seitenflächen des Zahnrades 38 verbunden um die Festigkeit des Abtriebszahnrades 37 zu erhöhen. Allgemein ausgedrückt zeichnet sich die Tretlagergetriebe bevorzugt auch dadurch aus, dass mindestens zwei Paar der Antriebsoder Abtriebszahnräder 37, 38, 39, 41 , 42, 43, die koaxial zur Tretlagerwelle 18 angeordnet sind, auf den Seitenflächen der Zähne der Aussenverzahnung stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Figur 17a zeigt eine perspektivische Ansicht von den drei Antriebszahnrädern 43, 42, 41 aus Figur 4.. Diese drei Antriebszahnrädern 43, 42, 41 sind aus einem Stück gefertigt und bilden in bevorzugter Ausgestaltung Radpaare 189 mit den passenden drei Losrädern 51, 52, 53, die auf der Schaltwelle angeordnet sind. In bevorzugter Ausgestaltung sind diese drei Antriebszahnrädern 43, 42, 41 zusätzlich auch noch sind aus einem Stück zusammen mit der Steckverzahnung 73 gefertigt. Die Zahnfußfestigkeit des Antriebszahnrades 41 verbessert sich in vorteilhafter Weise, wenn die Zähne der Aussenverzahnung 190 vom Antriebszahnrad 41 auf den Seitenfläche der Zähne der Aussenverzahnung stoffschlüssig mit dem Antriebszahnrad 42 miteinander verbunden sind. Auch zeigt die Darstellung, dass Seitenfläche des Antriebszahnrad 42 bevorzugt den Steg bildet, der Zähne des Antriebszahnrades 41 seitlich miteinander verbindet.

Figur 17b zeigt eine weitere perspektivische Ansicht von den drei Antriebszahnrädern 43, 42, 41 aus Figur 4. Die Darstellung zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass seitlich neben den zwei Antriebszahnräder 41 , 42 ein drittes Antriebszahnrad 43 angeordnet ist, welches fest über einen ringförmigen Hohlkörper 193 mit den zwei Antriebszahnräder 41 , 42 verbunden ist. Die Darstellung zeigt ebenfalls die Verschraubung 49 für die rotierende Platine, die einen Teil der Sensorvorrichtung. Die Tretlagerschaltung 10 ist dadurch gekennzeichnet, dass an einem Antriebszahnrad 41 , 42 eine Sensorplatine 44 mit elektronischen Bauteilen befestigt ist, wobei die elektronischen Bauteile ein elektronisches Signal bereitstellen, welches mindestens das Drehmoment des Fahrradfahrers repräsentiert.

Durch die beispielhafte Beschreibungen innerhalb der Darstellungen in Figur 1 bis Figur 17 wird deutlich, dass mit Hilfe der Neuheit die beschriebenen Probleme der Integration einer vorteilhaften Tretlagerschaltung in ein Elektrofahrrads mit Hilfsantrieb, insbesondere in Form eines Mittelmotors, gelöst wird. Die oben stehend beispielhaft vorteilhafte Ausgestaltung der Tretlagerschaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass

• die beschriebenen hochfesten Zahnräder und

• die beschriebene Schaltvorrichtung und

• die beschriebene Sensoranordnung und

• die beschriebenen Betätigungsmitteln und

• der beschriebene Anordnung der einzelnen Bauteilvolumen innerhalb des Gehäuses und

• der beschriebene Anbindung eines elektrischen Hilfsantriebs in der beschriebenen Art und Weise in den funktionalen Zusammenhang gestellt werden und stellt eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar.

Bezugszeichen

Rahmen

Oberrrohr

Unterrohr

Sitzrohr

Batterie

Pedale

Kurbelarm, Tretkurbeln vordere Riemenscheibe

Halterung

Tretlagerschaltung, Tretlagergetriebe, Getriebeeinheit

Bedienelement

Zugmittel, Riemen

Hinterrad

Schwinge

Vorderradfederung

Hinterradfederung

Schwingenlagerung

Tretlagerwelle

Drehachse des Hinterrades

Riemenspanner

Befestigungsbleche

Gehäuse

Spannrolle linke Schutzkappe linke Schutzkappe Schaltwelle

Befestigungsschraube Lagerachse

Nadellager

Distanzhülse 29 Wellenmutter

30 Abtreiber

31 Wellendichtring

32 32', 32" Kugellager

33 Sicherungsring

34 Getriebegehäuse rechts

35 Getriebegehäuse links

36 Abtriebshohlwelle verzahnt

37 20 Zähne Abtriebszahnrad

38 32 Zähne Abtriebszahnrad

39 26 Zähne Abtriebszahnrad

40 Feder

41 20 Zähne Antriebszahnrad

42 32 Zähne Antriebszahnrad

43 53 Zähne Antriebszahnrad

44 Platine rotierend

45 Platine gehäusefest

46 Tretlagerfreilauf beweglich

47 T retlagerfreilauf starr

48 Gleitlager

49 Verschraubung Platine rotierend

50 Verschraubung Platine gehäusefest

51 Losrad mit 15 Zähnen

52 Losrad mit 17 Zähnen

53 Losrad mit 20 Zähnen

54 Losrad mit 20 Zähnen

55 Losrad mit 21 Zähnen

56 Losrad mit 21 Zähnen

57 Innenverzahnung Kupplung

58 Kupplungskörper Dehnmessstreifen / Sensor

Eingangshohlwelle schwenkbares Auflager des Kupplungsmittels K1 schwenkbares Auflager des Kupplungsmittels K2 schwenkbares Auflager des Kupplungsmittels K3 schwenkbares Auflager des Kupplungsmittels K4 schwenkbares Auflager des Kupplungsmittels K5 schwenkbares Auflager des Kupplungsmittels K6

Schaltwelle

Betätigungszahnrad Schaltwelle

Referenzzahnrad Schaltwelle

Schrittschaltgetriebe

Innenverzahnung Hohlrad

Ölfüllung

Steckverzahnung erste Getriebestufe, erstes Teilgetriebe zweite Getriebestufe, zweites Teilgetriebe seitliche Planfläche des Zahnrades elektronische Bauteile stoffschlüssig verbundener Ring, Verstärkungsring, Verstärkungsscheibe

Zahnritzel, kleines Zahnrad federndes Druckstück rechter Seitendeckel

Befestigungsschrauben elektrische Antriebsbaugruppe

Schaltgetriebe baugruppe

Betätig ungsbaug ru ppe rechter Aussendeckel

Zahnrad mit 15 Zähnen

Zahnrad mit 30 Zähnen Zahnrad mit 21 Zähnen

Zahnrad mit 14 Zähnen

Zahnrad mit 12 Zähnen

Zahnrad mit 55 Zähnen

Leistungselektronik mit direktem Phasenanschluss

Kammer, Raum für Elektronik, trocken

Ausschnitt mit Ansicht auf erste Reduktionsstufe

Steckkontakte

Freilauf

98' Stufenzahnrad gehäusefeste Achse

Welle Elektromotor seitlicher Steg zwischen Zähnen elektrischer Zusatzantrieb, elektrischer Motor

Befestigungspunkte elektronische Platine mit Sensorelementen

,105', 105 " Wellenbund

Wurmfeder, Zugfeder, ringförmige Spiralfeder

Vertiefung in der Mantelfläche, Tasche

Gleitscheibe

Losrad

Druckflächen der Innenverzahnung

Abgleitflächen der Innenverzahnung

Lagerflächen der Innenverzahnung axiale Bohrungen schwenkbares Auflager

Rücken des Kupplungskörpers

Druckfläche des Kupplungskörpers

Federbefestigungsfläche, Federauflagefläche Feder

Öffnung

,120', 120" Wellenbund

Getriebegehäuse

Abtriebswelle

Sensoranordnung

Kraft vom Losrad auf den Kupplungskörper (Fk)

Auflagerkraft des Kupplungskörpers am schwenkbaren Auflager (Fb)

Betätigungsdrehmoment Mb

Hebelarm am schwenkbaren Auflager

Hebelarm Ik am Kupplungskörper 58

Hebelarm Ib am Kupplungskörper 58

Hebelarm Ish am selbsthemmenden Kupplungskörper

Auflagerkraft Fr am selbsthemmenden Kupplungskörper

Hebelarm Ir am selbsthemmenden Kupplungskörper

Betätigungsmoment der Nockenwelle Mn

Hebelarm Ln an der Nockenwelle

Hebelarm lar am selbsthemmenden Kupplungskörper

Betätigungskraft Far

Lagerfläche des Kupplungskörpers auf der Schaltwelle

Nockenwelle

Lagerfläche des schwenkbaren Auflagers an der Schaltwelle

Auflagerkraft des Kupplungskörpers an der Schaltwelle (Fa) selbsthemmender Kupplungskörper

Nuten auf Mantelfläche

Kammern für schwenkbare Auflager

Kupplungskörper des Kupplungsmittels K1

Kupplungskörper des Kupplungsmittels K2

Kupplungskörper des Kupplungsmittels K3 Kupplungskörper des Kupplungsmittels K4

Kupplungskörper des Kupplungsmittels K5

Kupplungskörper des Kupplungsmittels K6

Aussparungen an der Mantelfläche der schwenkbaren Auflager

Mantelfläche der schwenkbaren Auflager

Zahnrad zur Betätigung des Kupplungsmittels K1

Zahnrad zur Betätigung des Kupplungsmittels K2

Zahnrad zur Betätigung des Kupplungsmittels K3

Zahnrad zur Betätigung des Kupplungsmittels K4

Zahnrad zur Betätigung des Kupplungsmittels K5

Zahnrad zur Betätigung des Kupplungsmittels K6

Senkung, Vertiefung kurzer zylinderförmiger Ring am Referenzzahnrad

Schrittschaltgetriebe kurzer zylinderförmiger Ring am Referenzzahnrad

Nut, Gleitbahn für Kugel

Innenverzahnung am Hohlrad; Ausgang des Schrittschaltgetriebes

Hohlrad für Betätigung der Kupplungsmittel K1 ,K2,K3

Kugel des Schrittschaltgetriebes

Kulisse auf der Ringinnenfläche des Ringes am Betätigungszahnrad

Nut oder Vertiefung am Hohlarad des Schrittschaltgetriebes innere Laufbahn der Kugel, innerer Durchmesser äußere Laufbahn der Kugel, äußerer Durchmesser

Überlagerungsgetriebe

Sensorbaugruppe zur Gangstufendetektion

Aktuator, Aktuatorbaugruppe, Stellmotorbaugruppe mit Getriebe gehäusefestes Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes betätigtes Sonnenrad am Überlagerungsgetriebe

Steg des Überlagerungsgetriebes

Planeten des Überlagerungsgetriebes 177 Referenzrad des Überlagerungsgetriebes

178 Betätigungsrad des Überlagerungsgetriebes

179 Planetenradachsen

180 Gehäuse

181 Betätigungsschnittstelle

182 182' Innenverzahnungen am Überlagerungsgetriebe

183 elektrischer Stellmotor

184 Reduziergetriebe am Stellmotor

185 elektronischer Lagesensor

186 Getriebeübersetzung am Lagesensor

187 Zahnrad am Lagesensor

188 Die gesamte Schaltvorrichtung K

189 Radpaare

190 Aussenverzahnung

191 Steg, Verbindungssteg zwischen Zähnen

192 Planflächen des Losrades

193 ringförmiger Hohlkörper

X1 Rotationsachse Tretlagerwelle

X2 Rotationsachse Schaltwelle

X3 Rotationsachse Elektromotor

X4 Rotationsachse Eingangswelle Aktuator; Rotations

X5 Rotationsachse Reduziergetriebe

X6 Rotationsachse Reduziergetriebe

X7 Rotationsachse Reduziergetriebe

X8 Rotationsachse Kupplungskörper

X9 Rotationsachse schwenkbares Auflager

X10 Rotationsachse Überlagerungsgetriebe

X11 Rotationsachse Schrittschaltgetriebe K1 Kupplungsmittel 1

K2 Kupplungsmittel 2

K3 Kupplungsmittel 3

K4 Kupplungsmittel 4

K5 Kupplungsmittel 5

K6 Kupplungsmittel 6

E1 Ebene 1

A1 Ausschnitt A1

Ma resultierendes Drehmoment am Kupplungskörper

Mp selbsthemmendes Drehmoment am Kupplungskörper

Mbt Betätigungsdrehmoment an der Betätigungsschnittstelle

K Die Kupplungsmittel, Baugruppe aller Kupplungsmittel