Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ein

Mehrganggetriebe, insbesondere für ein Zweirad, das auf einer zentralen Achse montiert ist, eine antriebsseitige Hohlwelle und eine abtriebsseitige Nabenhülse aufweist, zwischen denen zwei mindestens zweistufige Planetengetriebe eingesetzt sind, die jeweils mit Sonnenrädem und zugehörigen Stegen miteinander verbundene Planetenräder sowie jeweils mit einem Hohlrad entweder in einen Blockumlauf oder einen von mehreren Über- oder Untersetzungsmodi schaltbar sind.

Ein ähnliches Mehrganggetriebe ist aus der EP 0915 800 Bl bekannt. Dieses enthält eine an einem Fahrradrahmen drehfest montierbare Achse, einen drehbar auf der Achse gelagerten Antreiber, eine drehbar auf der Achse gelagerte Hülse, ein mit einem ersten und einem zweiten Planetengetriebe versehenes, in der Hülse

angeordnetes und mit dem Antreiber und der Hülse gekoppeltes Schaltgetriebe zur Bereitstellung von mehreren Übersetzungsverhältnissen zwischen dem Antreiber und der Hülse, wobei die Planetengetriebe wenigstens zwei zur Achse koaxiale Sonnenräder, wenigstens einen Planetenträger mit entsprechend abgestuften, mit den zwei Sonnenrädem im Eingriff befindlichen Planetenrädem und wenigstens ein mit den Planetenrädem im Eingriff befindlichen Hohlrad sowie eine Schalteinrichtung zur Auswahl der Übersetzungsverhältnisse durch wahlweises Verbinden der

Sonnenräder mit der Achse aufweisen, wozu die Schalteinrichtung Mittel zur wahlweisen Verbindung des Hohlrades oder des Planetenträgers des ersten und / oder zweiten Planetengetriebes mit einem Sonnenrad desselben Planetengetriebes aufweist. Dadurch wird bevorzugt ein 7x2 = 14 - Ganggetriebe gebildet, indem ein Siebenganggetriebe, aus einem Direktgang und zwei zweistufigen Schaltgetrieben bestehend, mit einem weiteren Getriebe, das einen Direktgang und eine schaltbare Planetenanordnung aufweist, hintereinander gekoppelt sind. Die Schaltung erfolgt mit 4 Schaltklinken, 3 Axialkupplungen und 6 Planetensätzen, die zu drei

Zweifachstufenplaneten angeordnet sind. Nachteilig bei dieser Anordnung ist das niedrige verkraftbare Eingangsdrehmoment, was eine bevorzugte Ketten - oder Riemengetriebeübersetzung ins Schnelle von bevorzugt 2,5 zur Folge hat. Die Sonnenräder werden mit Klinken achsfest gesetzt, was eine Innenverzahnung derselben erforderlich macht, die von den Klinken - aus Platzgründen nur eine pro Sonnenrad - asymmetrisch und nur an einem Innenzahn belastet wird. Ein weiterer Nachteil hierbei ist, dass keine Steckachse einsetzbar ist.

Ein weiteres Mehrganggetriebe ist aus der EP2028 096 Al bekannt, bei dem nur 5 Planetensätze, die von einem zweifach- und einem dreifach- Stufenplaneten gebildet werden, aber 12 Schaltkupplungen vorgesehen sind.

Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass sechs der Schaltkupplungen Klinken sind, die der Achsfestsetzung der 4 Sonnenräder dienen. Weitere Kupplungen, die axial wirken, haben etwa Hohlraddurchmesser. Zudem müssen die Hohlräder auf deren großen Durchmesser gelagert werden. Die Schalteinrichtung des Getriebes ist sehr komplex und aufwendig in der Fertigung. Zudem können die Stufenplaneten nicht mit Wälzlagern gelagert werden, da einige Planeten über geringe Zähnezahlen verfugen (14 bzw. 15 Zähne). Eine 12mm Steckachse ist ebenfalls nicht realisierbar. Das Eingangsgetriebe, bestehend aus zwei Sonnenrädem, zwei Hohlrädem und drei dreifach- Stufenplaneten stellt neben dem direkten Gang drei Übersetzungen ins Schnelle bereit. Der erste Gang dieses Getriebes ist der direkte Gang, der durch die Koppelung von Planetenträger und Hohlrad gebildet wird. Beim zweiten und dritten Gang bildet das Getriebe zwei Teilgetriebe, die aber für jeden der beiden Gänge verschieden sind. Der vierte Gang ist ein vom Planetenträger angetriebenes, einfaches Planetengetriebe mit zweifach- Stufenplanet. Aus der Gesamtkonstruktion ergibt sich eine hohe Zahl verschiedener komplexer Teile und eine deutlich über der Masse des aus der EP 0915 800 Bl bekannten Getriebes liegende Gesamtmasse.

Weiterhin sind aus der US 9279480 B2 Mehrgangnabengetriebe mit drei oder vier Planetensätzen bekannt , die durch neun Kupplungen in verschiedener Weise gekoppelt werden können. Die Kupplungen werden durch eine Nockenwelle angesteuert, die radiale Schaltmittel betätigt.

Nachteilig sind hier die niedrigen verkraftbaren Eingangsdrehmoment und die Vielzahl unterschiedlicher, komplexer Fertigungsteile.

Beim Stand der Technik werden Getriebe dieser Art mit Klinken geschaltet, welche in Durchbrüchen einer Getriebeachse abgestützt, durch Nocken auf einer Schaltwelle gesteuert, aus- oder eingeklappt werden ( vgl. EP 2028 096 Al ; DE 10 2010 051.727 Al). Soll ein Zahnrad achsfest gesetzt werden, klappt die Klinke aus, und greift in eine Innenverzahnung des festzusetzenden Zahnrades ein. Einerseits hat die

Innenverzahnung eine Kerbwirkung, und andererseits wird das Zahnrad punktuell von innen belastet. Die Wandung der Hohlachse muss, wegen der hohen Kräfte relativ dickwandig ausgeführt werden und damit einen verhältnismäßig großen Durchmesser aufweisen. Bei Klinken ist bekannt, dass diese sich nur schlecht unter Last einklappen lassen. Eine weitere Schaltungsart zeigt die US 9279480 B2, bei der radiale Nocken die Schaltmittel betätigen.

Allen diesen vorbekannten Naben ist gemein, dass das auf einer Hohlwelle montierte Antriebsritsel etwa die Hälfte - oder deutlich weniger - der Zähnezahlen aufweist als ein Tretkurbelabtriebsblatt üblicher Weise aufweist, weil die

verkraftbaren Eingangskräfte relativ niedrig sind.

Die mittlerweile weit verbreiteten Zahnriemen als Kraftübertragungsmittel zum Hinterrad, erfordern wegen deren Steifigkeit deutlich größere Zähnezahlen am Hinterrad. Die seit einigen Jahren angebotenen E-Bikes ermöglichen erhöhte Durchschnittsgeschwindigkeiten, die in der Folge eine hohe Übersetzungsbandbreite erfordern. Mittlerweile wird die 5mm Schnellspannachse, mit der eine Nabe im Hinterbau oder in der Gabel verspannt wird, mehr und mehr von Steckachsen verdrängt. Im Hinterrad ist ein Durchmesser von 12mm üblich. Die Steckachse ist i. W. eine lange Schraube mit einem kurzen 12mm Gewinde. Die Steckachse wird von einer Seite durch eine geeignet ausgebildete Bohrung gesteckt, durch die hohle Nabenachse geführt, um dann in das Gewinde des gegenüberliegenden Ausfallendes geschraubt zu werden. Beim Festziehen wird die Verbindung vorgespannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das Mehrganggetriebe so auszubilden, dass eine hohe Übersetzungsbandbreite bei niedrigem Gewicht, hohem

Wirkungsgrad, einfacher Herstellbarkeit, für Zahnriemen geeignete Übersetzung und unter Last, bei einfacher Steuerung, besonders gut schaltbar ist und mittels

Steckachse in den Ausfallenden des Hinterbaus montiert werden kann.

Die Lösung ist im Kennzeichen des Hauptanspruches angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unter- und Nebenansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die Fig. la/b, Fig. 2a/b, erläutert.

Eine bevorzugte Ausführung ist ein Neunganggetriebe mit konstanten Gangsprüngen von ca. 24% bei einem Übersetzungsbereich von ca. 560% . Die

Eingangsübersetzung ist so gewählt, dass mit der Sekundärübersetzung des Ketten- bzw. Riemengetriebes bei vorne z. B. 40 Zähnen und an der Getriebenabe einem Ritsel mit z. B. ca. 36 Zähnen eine Gesamtübersetzung i ges für den ersten Gang von ca. i ges. = 1,7 resultiert. Für den neunten Gang ergibt sich hierdurch eine

Übersetzung 0,30.

Erreicht wird dies durch die Koppelung zweier Dreigangplanetengetriebe. Ein erstes Getriebe besteht gern. Fig. la aus einem Steg 8 mit Zweifach Stufenplaneten 9a und 9b , einem Hohlrad 7a mit Seitenwand 7b und zwei

Sonnenrädem 9c und 9d, die mit den korrespondierenden Planeten kämmen. Der Steg 8 wird von einem Antreiber 4a, auf dem das Ritsel 2 drehfest befestigt ist, angetrieben. Der Abtrieb des ersten Getriebes erfolgt über das Hohlrad 7a . Wird das Getriebe im Blockumlauf betrieben, so erhält man den direkten Gang mit i_l =1. Die Übersetzung mit i_2 = 1/1,24 = 0,8065 erhält man, wenn das kleinere der beiden Sonnenräder achsfest gesetzt wird. Die Übersetzung mit i_3 = 1/1,5376 = 0,65 erhält man, wenn das größere der beiden Sonnräder achsfest gesetzt wird. Somit übersetzt das Getriebe ins Schnelle.

Eine erste bevorzugte Ausführung eines zweiten Getriebes besteht aus zwei gleichen, zueinander gespiegelt angeordneten Planetengetrieben, bestehend aus jeweils einem Hohlrad, einem Sonnenrad und Zweifach - Stufenplaneten, die über drehfest miteinander verbundene Stege gekoppelt sind (nicht dargestellt). Das erste

Teilgetriebe dieses Nachschaltsatzes ist ein Untersetzungsgetriebe mit

ca. i_4 = 1,24 ^L 3 = 1,91 und das zweite Teilgetriebe ein Übersetzungsgetriebe mit i_6 - l/i_4 = 0,5245. Der direkte Gang mit i_5 = 1 stellt sich ein, wenn beide

Teilgetriebe als Block umlaufen.

Eine zweite bevorzugte Ausführung eines zweiten Getriebes gern. Fig. 2a besteht aus einem Planetengetriebe identisch mit einem Teilgetriebe der ersten bevorzugten Ausführung. Die drei Gänge der ersten bevorzugten Ausführung werden realisiert, indem der Getriebeeingang zwischen Hohlrad und Steg umgeschaltet wird. In gleicher Weise wird mit dem Abrieb verfahren. An den Übersetzungen ändert sich damit nichts.

Die nachfolgende Tabelle zeigt, dass bei den Gängen Gl, G5, G6, G7 nur ein

Planetensatz an der Leistungsübertragung beteiligt ist und bei den Gängen G2, G3, G8 und G9 lediglich deren zwei. Das steht für einen guten

Wirkungsgrad der Getriebenabe. Gang G4 kommt ohne Abwälzbewegung der Zahnräder aus.

Erfindungsgemäß wird das Mehrganggetriebe mit Axialkupplungen geschaltet. Eine Kupplung wird von zwei sich gegenüberliegenden mittels Zwischengliedern zu betätigenden Scheiben mit in einer Richtung wirkenden, auf einem Kreisring senkrecht zur Rotationsachse aufgebrachten, axial wirkenden Sperrverzahnungen gebildet. Im Folgenden wird eine Kupplung, welche den Blockumlauf auslöst, „Blocksperre“, welche den Mitlauf des Sonnenrades bei einem Antrieb durch den Steg verhindert,„Mitlaufsperre“ und welche den Rücklauf eines Sonnenrades beim Antrieb durch das Hohlrad,„Rücklaufsperre“ genannt. Mitlauf bedeutet dann gleicher Drehsinn wie das antreibende Riemen oder Kettenrad. Soll mit gleichem Drehsinn Drehmoment übertragen werden, wird der Begriff „Mitnehmer“ benutzt.

In der folgenden Tabelle sind die in den Figuren verwendeten Symbole mit deren Bedeutung aufgelistet. In den Figuren lb und 2b werden die Bezugszeichen der Kupplungen in Zehnerschritten durchgezählt und die der zugehörigen Teile bzw. Elemente in Einerschritten weitergezählt. In den Figuren 4, 5 und 6, die die

Schaltzustände der Gänge Gl, G5, G9 beschreiben, werden dann nur noch die Kupplungsnummem genannt.

Die bevorzugte Hinterradnabe, Fig. la,b und Fig. 2a,b, besteht aus einer Nabenhülse 1 gelagert mittels Wälzlager 3a auf dem Antreiber 4a und mit dem Wälzlager 3b auf der Achse 6a. Auf dem Antreiber 4a befindet sich, drehfest aber lösbar mit diesem verbunden, ein Antriebsritsel 2 für Riemen- oder Kettenantrieb. Das Wälzlager 5 lagert den Antreiber 4a auf der Achse 6a. Innerhalb der Achse 6a befindet sich eine Schalttrommel 6b. Die Langlöcher 101, 102, 103 und 104 sind parallel zur

Rotationsachse angeordnet und ermöglichen den Durchgriff der als Stellglieder fungierenden Zylinderstifte in die umlaufenden Nuten 24, 34, 44, 54, 64, 74, 84 und 94 der Schalttrommel 6b. Die Nuten sind so ausgebildet, dass die vorgesehenen Bewegungen der Schaltstifte zur Schaltung der einzelnen Gänge ausgefuhrt werden. Die Druckfedem 22, 32, 42, 52, 62, 72, 82 und 92 sind so angeordnet, dass die Öffnung der Kupplungen immer gegen die Kraft dieser Federn erfolgt.

Bei einer vorteilhaften Variante ist eine vollständige Steuerungsstruktur auf 180 Grad des Umfanges der Schalttrommel und der Hohlachse angeordnet. Dadurch ergibt sich der große Vorteil, dass noch eine exakte Kopie derselben auf deren zweiten

Umfangshälften anzuordnen ist und damit über jeweils zweite Zylinderstifte die Kupplungsscheiben gegenüberliegend parallel anzusteuem sind. Das verhindert eine etwaige Schalthemmung durch eine Kippbelastung, die bei einseitiger Ansteuerung unvermeidlich auftritt.

Das zweite Getriebe NSQ Fig. 2a, besteht aus einer Antreiberhülse 4b mit Innen- und Außenverzahnung und mindestens einem, bevorzugt aber zwei oder drei, um 180 Grad bzw. 120 Grad versetzten Langlöchem 4c, einer Abtriebshülse 4d mit ebenfalls Innen- und Außenverzahnung sowie mindestens einem , bevorzugt aber zwei oder drei, um 180 Grad bzw. 120 Grad versetzten Langlöchem 4e. Die Antreiberhülse ist über die Außenverzahnung mit der Seitenwand 7b verbunden und die Abriebshülse mit der Nabenhülse 1. Die Getriebestufe selbst besteht aus dem Hohlrad 200, den Seitenwänden 201a und 201b, wovon mindestens eine über eine lösbare Verbindung mit dem Hohlrad 200 verbindbar ausgeführt wird, desweiteren aus dem Steg 202 und den drehfest miteinander verbundenen Planeten 203a und 203b und dem Sonnenrad 204. Der Planet 203a kämmt mit dem Hohlrad 200 und der Planet 203b mit dem Sonnenrad 204. Die Seitenwand 201a ist mit dem Kupplungsteil 51b und die

Seitenwand 201b mit dem Kupplungsteil 91b drehfest verbunden. Die Kupplungsteile 6lb und 81b sind mit dem Steg 202 drehfest aber lösbar verbunden. Bei nicht geschalteten Kupplungen können der Steg und das Hohlrad frei drehen.

Die Kupplungsbauteile sind in der Reihenfolge, in der sie auf der Achse 6a von der Antriebsseite aus aufeinander folgen in Zehnerschritten, jeweils beginnend mit 20 bis 90 durchnummeriert; Fig. la - 2b.

Die Kupplung 20 schaltet den Blockumlauf des ersten Getriebes Gl, indem das Sonnenrad 9c mit dem Antreiber 4a und damit mit dem Steg 8 drehfest verbunden oder auch wieder gelöst wird.

Kupplung 20 schaltet die Gänge 1, 4, 7. Die Mitlaufsperre 21a greift in das, mit der Sonne fest verbundene Gegenstück 21b und hindert das Sonnenrad am Überholen des Steges 8. Die weiteren Bestandteile sind eine Rückstellfeder 22, die sich im Antreiber 4a abstützt, ein Schieber 23a mit einem Zylinderstift 23b, der von der Nut 24 gesteuert wird.

Die Kupplung 30 schaltet den zweiten Gang des ersten Getriebes, indem das

Sonnenrad 9c achsfest gesetzt wird. Die Kupplung 30 schaltet die Gänge 2, 5, 7 des Gesamtgetriebes.

Die Kupplung 40 schaltet den dritten Gang des ersten Getriebes, indem das

Sonnenrad 9d achsfest gesetzt wird. Die Kupplung 40 schaltet die Gänge 3, 6, 9 des Gesamtgetriebes.

Das Sonnenrad 9d ist als Ring mit einer Innenverzahnung ausgebildet, in der das als Mitlaufsperre ausgebildete Kupplungsteil 41a (Fig.9) drehfest aber axial

verschiebbar geführt wird. Das Gegenstück 41b (Fig. 10) weist eine Innenverzahnung auf, die dieses drehfest mit der Achse 6a verbindet. Die Sicherungsringe 44a und 44b verhindern eine axiale Bewegung.

Ein Schieber 43a mit Zylinderstift 43b wird von der Nut 44 gesteuert. Die Feder 42 stützt sich an einem in die Achse 6a eingelassenen Sicherungsring 42a ab.

Die Kupplungen 50, 70, 80 schalten den ersten Gang des zweiten Getriebes G2, indem die Kupplungsteile 51a ( mit Zylinderstift 51c) und 51b das Hohlrad mit dem Antreiber 4b drehfest verbinden, die Kupplungsteile 81b und 81a ( mit Zylinderstift 81c) den Steg mit der Abtriebshülse 4d drehfest verbinden und die Kupplungsteile 71 a (Fig.11 ) und 71b das Sonnenrad 204 achsfest setzen.

Ist diese Konfiguration geschaltet, erhält man zusammen mit dem ersten Getriebe die Gänge 1, 2 und 3.

Die weiteren Bestandteile der Kupplung 50 sind eine Rückstellfeder 52, die sich an der Seitenwand 7b abstützt, ein Nutring 53 mit Innenbund, einem Schieber 55a mit einem Zylinderstift 55b, der von der Nut 54 gesteuert wird.

Die Kupplung 70 ist als bidirektionale Kupplung ausgeführt, da sich die Richtung des Drehmoments bei Umschaltung des Eingangs vom Hohlrad auf den Steg umkehrt.

Die weiteren Bestandteile der Kupplung 70 sind, eine Rückstellfeder 72, die sich am Außenbund des Schiebers 63a abstützt, ein Schieber 73 a mit einem Zylinderstift 73b, der von der Nut 74 gesteuert wird.

Die weiteren Bestandteile der Kupplung 80 sind eine Rückstellfeder 82, die sich am Außenbund des Schiebers 94a abstützt, und ein Schieber 83 a mit einem Zylinderstift 83b, der in der Nut 84 geführt ist.

Die Kupplungen 50 und 90 , Fig. 2a , verbinden die Antriebshülse 4b mit der

Abtriebshülse 4c über das Hohlrad 200 und überbrücken damit das Getriebe. Das gleiche Ergebnis erhält man durch Einschalten der Kupplungen 60 und 80, wobei der Steg das Drehmoment überträgt. In beiden Fällen kann die Sonne achsfest verbleiben, was aber wegen der Leistungsverluste nur kurzzeitig zu Schaltzwecken genutzt wird.

Für den Blockumlauf gibt es die folgenden Möglichkeiten, wobei das Sonnenrad durch Öffnen der Kupplung 70 stets frei mitdrehen kann.

Variante 1: Die Kupplungen 50, 60, 90 geschlossen, Kupplung 70 geöffnet.

Variante 2: Die Kupplungen 50, 80, 90 geschlossen, Kupplung 70 geöffnet.

Variante 3: Die Kupplungen 50, 60, 80, 90 geschlossen, Kupplung 70 geöffnet.

Variante 4: Die Kupplungen 60, 80, 90 geschlossen, Kupplung 70 geöffnet.

Variante 5: Die Kupplungen 50, 60, 90 geschlossen, Kupplung 70 geöffnet.

Variante 4: Die Kupplungen 50, 60, 80 geschlossen, Kupplung 70 geöffnet.

Einige der Möglichkeiten werden beispielhaft in der vorgeschlagenen Schaltfolge genutzt.

In dieser Konfiguration wird der zweite Gang des zweiten Getriebes realisiert. Damit können dann die Gänge 4, 5 und 6 geschaltet werden.

Die Kupplungen 60, 70 und 90 schalten den dritten Gang des zweiten Getriebes, indem die Kupplungsteile 61a und 61b den Steg 202 mit dem Antreiber 4b drehfest verbinden, die Kupplungsteile 91b und 91a ( mit Zylinderstift 91c) das Hohlrad 200 mit der Abtriebshülse 4d drehfest verbinden und die Kupplungsteile 71a und 71b das Sonnenrad 204 achsfest setzen.

In dieser Konfiguration wird der dritte Gang des zweiten Getriebes realisiert. Damit können dann die Gänge 7, 8 und 9 geschaltet werden. Die Lösung der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe ermöglicht die

Verwendung von Nadellagern zur Lagerung aller Planeten. Durch die hohe

Belastbarkeit des Schaltgetriebes können Übersetzungen zwischen

Tretlagerkettenblatt und Nabenantriebsritsel von bis zu i= 1 verwendet werden. Die ausschließliche Verwendung von Axialkupplungen ermöglicht besonders gut eine Öffnung auch unter Last. Bei den meisten Schaltvorgängen gehen die Kupplungen schon vor deren Öffnung in den Freilaufmodus über, so dass hier ohne Last geöffnet werden kann. Die Anzahl verschiedener Fertigungsteile ist spürbar kleiner als beim Stand der Technik. Das Gleiche gilt auch für die Gesamtmasse des Schaltgetriebes. Auf Grund der Getriebestruktur sind nur wenige Zahnräder gleichzeitig im Eingriff, was für einen hohen Wirkungsgrad in den einzelnen Gängen sorgt.

Fig. la, lb: Getriebe EG Fig. 2a, 2b: Getriebe NSG

Fig. 3A, 3b: Schaltfolgetabelle mit zugehöriger Legende

Fig. 4 : Gesamtgetriebe im ersten Gang

Fig. 5 : Gesamtgetriebe im 5-ten Gang

Fig. 6 : Gesamtgetriebe im 9-ten Gang

Fig. 7 : Perspektivische Ansicht der Schalttrommel

Fig. 8 : Eine Seitenansicht der Schalttrommel

Fig. 9 : Ein perspektivische Ansicht der Kupplungshälfte 41a

Fig. 10 : Ein perspektivische Ansicht der Kupplungshälfte 41b

Fig. 11 : Ein perspektivische Ansicht der Kupplung 70 mit dem Sonnenrad 204