Die Erfindung betrifft ein Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder Pedelec. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrrad oder ein Pedelec mit dem Tretlagerge- triebe.

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Fahrrädern und Pedelecs bekannt, die üblicherweise mit Ketten- oder Nabenschaltungen ausgestattet sind. Pedelecs unterscheiden sich von Fahrrädern dadurch, dass eine elektrische Maschine vorgesehen ist, die den Fahrer unterstützt. Bei Pedelecs ist in einigen Anwendungen ein Nabenmotor im Vorder- oder Hinterrad eingebaut. Nabenmotoren im Vorderrad wirken sich durch das hohe Gewicht ungünstig auf das Fahrverhalten aus. Dagegen sind im Hinterrad angeordnete Nabenmotoren bislang mit wartungsunfreundlichen Kettenschaltungen im Einsatz und wirken sich ebenso durch das hohe Gewicht ungünstig auf das Fahrverhalten aus. Aus diesem Grund sind bereits Pedelecs entwickelt worden, bei denen ein Getriebe in Vorgelegebauweise und ein Elektromotor in einem Tretlager angeordnet ist. Nachteilig an den bekannten Tretlagergetrieben in Vorgelegebauweise ist, dass diese über eine niedrige Leistungsdichte und darüber hinaus bedingt dadurch, dass nur Wälzleistung auftritt, einen schlechten Wirkungsgrad aufweisen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tretlagergetriebe bzw. ein Fahrrad oder ein Pedelec mit dem Tretlagergetriebe anzugeben, welche bei einer hohen Ganganzahl eine hohe Leistungsdichte und einen hohen Wirkungsgrad aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 10 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.

Demzufolge wird ein Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad oder ein Pedelec mit einer Getriebeeingangswelle als Antrieb, z. B. einer Tretkurbelwelle oder dergleichen, und einer Getriebeausgangswelle als Abtrieb vorgeschlagen. Das Tretlagergetriebe umfasst drei Planetenradsätze, drei Freilaufkupplungen und drei Bremsen zum Realisieren von acht Gängen, wobei jedem Planetenradsatz jeweils eine Bremse und jeweils eine Freilaufkupplung zugeordnet sind. Darüber hinaus ist bei dem Tretlagergetriebe ein Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes über die erste Bremse festsetzbar und ein Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes über die zweite Bremse festsetzbar sowie ein Hohlrad des dritten Planetenradsatzes über die dritte Bremse festsetzbar, wobei ein Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes und ein Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes sowie ein Planetenradträger des dritten Planeten radsatzes jeweils den Eingang bei den Planeten radsät- zen bilden und wobei ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes und ein Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes sowie ein Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes jeweils den Ausgang bei den Planetenradsätzen bilden.

Auf diese Weise wird eine Radsatzanordnung für das Tretlagergetriebe realisiert, die auf- grund der Verschaltung der Radsätze eine besonders hohe Leistungsdichte bei möglichst hohem Wirkungsgrad realisiert, sodass damit eine hohe Systemintegration realisiert wird, unabhängig davon, in welcher axialen Reihenfolge die Radsätze angeordnet sind.

Ferner kann bei den Planeten radsätzen zum Verblocken das Sonnenrad mit dem Hohlrad oder das Sonnenrad mit dem Planetenradträger oder das Hohlrad mit dem Planetenradträ- ger über die jeweils zugeordnete Freilaufkupplung verbunden werden.

Das vorgeschlagene Tretlagergetriebe umfasst somit drei axial hintereinander geschaltete bzw. gekoppelte Planetenradsätze, welche gangabhängig verblockt sind bzw. ins Schnelle übersetzt werden, sodass mindestens acht Gänge über drei Freiläufe und drei von außen gut zugängliche Bremsen geschaltet werden, wobei ein besonders hoher Wirkungsgrad bei dem Tretlagergetriebe realisiert wird.

Zur mechanischen Verbindung von miteinander gekoppelten Planetenradsätzen kann der Ausgang des einen mit dem Eingang des anderen Planetenradsatzes über eine Zwischenwelle oder dergleichen bei dem vorgeschlagenen Tretlagergetriebe verbunden werden.

Des Weiteren werden Wellen oder wellenartige Elemente zur Verbindung der verschiedenen Radsatzelemente der vorgesehenen Planetenradsätze eingesetzt. Unter dem Begriff Welle ist nicht ausschließlich ein zylindrisches drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten zu verstehen, sondern vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die die einzelnen Radsatzelemente miteinander verbinden.

Um neben dem manuellen Antrieb durch den Fahrer auch eine elektrische Unterstützungsleistung zu ermöglichen, kann bei dem erfindungsgemäßen Tretlagergetriebe vorgesehen sein, dass zumindest eine elektrische Maschine oder dergleichen vorgesehen ist. Die elektrische Maschine kann beispielsweise an der Getriebeeingangswelle, der Getriebeausgangswelle und/oder an der Zwischenwelle direkt oder auch über eine oder mehrere Ge- triebestufen, Ketten, Zahnriemen oder dergleichen angebunden werden. Hierfür kann auch gegebenenfalls ein Schaltelement, wie zum Beispiel eine Freilaufkupplung oder dergleichen eingesetzt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass während des Pedalierens bei abge- schaltetem E-Maschinenantrieb keine Schleppmomente durch eine durch das Pedalieren angetriebene elektrische Maschine auftreten. Bei einer Anbindung zum Beispiel über eine Getriebestufe kann gegebenenfalls eine Übersetzung ins Langsame realisiert werden.

Optional kann das Tretlagergetriebe mit einem Freilauf zwischen der Tretlagerkurbelwelle und dem Getriebeeingang realisiert werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine an- gebundene elektrische Maschine weiter drehen kann, ohne dass sich die Pedale der Tretlagerkurbelwelle drehen.

Die vorgesehenen Bremsen können, wie bereits beschrieben, auch als schaltbare Freiläufe bzw. Freilaufbremsen ausgeführt werden, welches den Vorteil hat, dass ein schnelleres und einfacheres Überspringen von einzelnen Gängen beim Schalten ermöglicht wird.

Im Rahmen einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Planetenradsätze insbesondere mit betragsmäßig niedrigerer oder hoher Standgetriebeübersetzung beispielsweise mit Stufen planeten ausgestattet werden. Hierdurch wird eine verbesserte Raumökonomie bei dem erfindungsgemäßen Tretlagergetriebe realisiert.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, auch ein Fahrrad oder ein Pede- lec oder dergleichen mit dem vorgeschriebenen Tretlagergetriebe bereitzustellen, wobei sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile ergeben.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes mit drei axial hintereinander geschalteten Planetenradsätzen;

Figur 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes mit axial geänderter Reihenfolge der Planetenradsätze; und Figur 3 ein Schaltschema für die erste und zweite Ausführungsvariante des Tretlager- getriebes.

In den Figuren 1 und 2 sind verschiedene Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Tretlagergetriebes mit den jeweiligen Standübersetzungen iO der einzelnen Radsätze dargestellt, wobei in dem dazugehörigen Schaltschema gemäß Figur 3 die möglichen Gänge G1 bis G8 mit der dazugehörigen Übersetzung i und der Stufung bzw. Spreizung f angegeben sind. In dem Schaltschema sind die einzelnen Zustände der Bremsen B1 , B2, B3 und der Freilaufkupplungen F1 , F2, F3 angedeutet, wobei bei den Bremsen B1 , B2, B3 ein Punkt den geschlossenen Zustand und ein Kreuz den geöffneten bzw. weggeschalteten Zustand an- zeigt, während bei den Freilaufkupplungen F1 , F2, F3 ein Punkt den Sperrrichtungszustand und ein Strich den Überholtriebzustand angibt. Der Überholbetrieb bzw. der Überholtriebzu- stand eines Freilaufes bedeutet, dass der Freilauf nicht sperrt. Der Freilauf kann sich in ei- nem Überholtrieb befinden, wenn z. B. sich eines der mit dem Freilauf verbundenen Elemente so schnell dreht, dass der Freilauf nicht sperren kann. Der Sperrrichtungszustand bei einem Freilauf bedeutet, dass der Freilauf sperrt.

Unabhängig von der jeweiligen Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes ist vorgesehen, dass das Tretlagergetriebe in Planetenbauweise für ein Fahrrad, ein Pedelec oder dergleichen einsetzbar ist. Das Tretlagergetriebe umfasst eine Getriebeeingangswelle 1 als Antrieb, welcher in den Figuren 1 und 2 als Tretkurbelwelle ausgeführt ist, und eine Getriebeausgangswelle 2 als Abtrieb, welcher z. B. als Ketten- oder Zahnriemenrad ausgeführt sein kann. Das Tretlagergetriebe umfasst drei Planetenradsätze RS1 , RS2, RS3, wobei ein erster Planetenradsatz RS1 und ein zweiter Planetenradsatz RS2 sowie ein dritter Planetenradsatz RS3 beispielhaft als sogenannter Minus-Planetenradsatz ausgeführt sind. Darüber hinaus sind zumindest drei Freilaufkupplungen F1 , F2, F3 und drei Bremsen bzw. Freilaufbremsen B1 , B2, B3 quasi als Schaltelemente zum Realisieren von zumindest 8 Gängen G1 , G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8 vorgesehen. Aufgrund der bevorzugten koaxialen Anordnung der Planetenradsätze RS1 , RS2, RS3 des Tretlagergetriebes bezogen auf die Tretkurbelwelle ergeben sich Bauraumvorteile.

Bei sämtlichen Ausführungsvarianten des Tretlagergetriebes ist vorgesehen, dass jedem Planetenradsatz RS1 , RS2, RS3 jeweils eine Bremse B1 , B2, B3 und jeweils eine Freilaufkupplung F1 , F2, F3 zugeordnet sind, wobei ein Sonnenrad 4 des ersten Planeten radsatzes RS1 über die erste Bremse B1 an dem Gehäuse 3 bzw. gehäuseseitig festsetzbar ist und ein Sonnenrad 7 des zweiten Planeten radsatzes RS2 über die zweite Bremse B2 festsetzbar ist sowie ein Hohlrad 12 des dritten Planetenradsatzes RS3 über die dritte Bremse B3 festsetz- bar ist. Ein Planetenradträger 5 des ersten Planetenradsatzes RS1 und ein Planeten radträ- ger 8 des zweiten Planetenradsatzes RS2 sowie ein Planetenradträger 11 des dritten Planetenradsatzes RS3 bilden jeweils den Eingang bei den Planetenradsätzen RS1 , RS2, RS3, wobei ein Hohlrad 6 des ersten Planetenradsatzes RS1 und ein Hohlrad 9 des zweiten Pla- netenradsatzes RS2 sowie ein Sonnenrad 10 des dritten Planetenradsatzes RS3 jeweils den Ausgang bei den Planetenradsätzen RS1 , RS2, RS3 bilden.

Zum Verblocken des ersten Planetenradsatzes RS1 über die erste Freilaufkupplung F1 sind das Sonnenrad 4 mit dem Hohlrad 6 oder das Sonnenrad 4 mit dem Planetenradträger 5 oder das Hohlrad 6 mit dem Planetenradträger 5 des ersten Planetenradsatzes RS1 ver- bindbar. Ferner sind zum Verblocken des zweiten Planeten radsatzes RS2 über die zweite Freilaufkupplung F2 das Sonnenrad 7 mit dem Hohlrad 9 oder das Sonnenrad 7 mit dem Planetenradträger 8 oder das Hohlrad 9 mit dem Planetenradträger 8 des zweiten Planeten- radsatzes RS2 verbindbar. Schließlich sind zum Verblocken des dritten Planetenradsatzes RS3 über die dritte Freilaufkupplung F3 das Sonnenrad 10 mit dem Hohlrad 12 oder das Sonnenrad 10 mit dem Planetenradträger 1 1 oder das Hohlrad 12 mit dem Planetenradträger 1 1 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar.

Eine erste Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes ist in Figur 1 dargestellt, bei der in axialer Reihenfolge der dritte Planetenradsatz RS3 und der zweite Planeten radsatz RS2 sowie der erste Planeten radsatz RS1 vorgesehen sind. Ferner sind die Stand Übersetzung i ₀ 3 des dritten Planetenradsatzes RS3 mit -1 ,62, die Standübersetzung i ₀ 2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit -1 ,62, und die Standübersetzung i _0i des ersten Planetenradsatzes RS1 mit -3,66 in Figur 1 angegeben.

Im Detail ist vorgesehen, dass die Getriebeeingangswelle 1 mit dem Planetenradträger 1 1 als Eingang des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist. Das Sonnenrad 10 als Ausgang des dritten Planetenradsatzes RS3 ist über eine Zwischenwelle ZW mit dem Planetenradträger 5 als Eingang des ersten Planetenradsatzes RS1 verbunden, wobei das Hohlrad 6 als Ausgang des ersten Planetenradsatzes RS1 mit dem Planetenradträger 8 als Eingang des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist. Das Hohlrad 9 als Ausgang des zweiten Planetenradsatzes RS2 ist mit der Getriebeausgangswelle 2 verbunden, wobei das Sonnenrad 4 des ersten Planetenradsatzes RS1 über die erste Freilaufkupplung F1 mit dem Hohlrad 6 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist, wobei das Hohlrad 9 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die zweite Freilaufkupplung F2 mit dem Planetenradträger 8 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbindbar ist, und wobei der Planetenradträger 1 1 des drit- ten Planetenradsatzes RS3 über die dritte Freilaufkupplung F3 mit dem Hohlrad 12 des dritten Planetenradsatzes RS3 verbindbar ist.

Eine zweite Ausführungsvariante des Tretlagergetriebes ist in Figur 2 dargestellt, bei der in axialer Reihenfolge der zweite Planetenradsatz RS2 und der erste Planeten radsatz RS1 so- wie der dritte Planetenradsatz RS3 vorgesehen sind. Ferner sind die Stand Übersetzung i ₀ 2 des zweiten Planetenradsatzes RS2 mit -1 ,62, die Stand Übersetzung i _0i des ersten Planeten- radsatzes RS1 mit -3,66 und die Standübersetzung i ₀₃ des dritten Planetenradsatzes RS3 mit -1 ,62 in Figur 2 angegeben.

Im Detail ist vorgesehen, dass die Getriebeeingangswelle 1 mit dem Planetenradträger 5 als Eingang des ersten Planeten radsatzes RS1 verbunden ist, dass das Hohlrad 6 als Ausgang des ersten Planetenradsatzes RS1 mit dem Planetenradträger 8 als Eingang des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbunden ist, dass das Hohlrad 9 als Ausgang des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die Zwischenwelle ZW mit dem Planetenradträger 1 1 als Eingang des dritten Planetenradsatzes RS3 verbunden ist, dass das Sonnenrad 10 als Ausgang des dritten Planeten radsatzes RS3 mit der Getriebeausgangswelle 2 verbunden ist, dass das Sonnenrad 4 des ersten Planetenradsatzes RS1 über die erste Freilaufkupplung F1 mit dem Hohlrad 6 des ersten Planetenradsatzes RS1 verbindbar ist, dass das Sonnenrad 7 des zweiten Planetenradsatzes RS2 über die zweite Freilaufkupplung F2 mit dem Hohlrad 9 des zweiten Planetenradsatzes RS2 verbindbar ist und dass das Sonnenrad 10 des dritten Planetenradsatzes RS3 über die dritte Freilaufkupplung F3 mit dem Planetenradträger 1 1 des dritten Planeten radsatzes RS3 verbindbar ist. Ferner ist die elektrische Maschine EM, welche als Motor oder Generator betrieben werden kann, mit der Zwischenwelle ZW verbunden, um eine Unterstützungsleistung für den Fahrer aufbringen zu können. Demzufolge wird durch die zweite Ausführungsvariante beispielhaft ein hybridisiertes Tretlagergetriebe realisiert, wobei die elektrische Maschine EM beispielsweise achsparallel zur Getriebeeingangswelle 1 vorzugsweise im bzw. am Unterrohr des Fahrrads bzw. Pedelecs angeordnet sein kann. Durch die Anbindung der elektrische Maschine EM an die Zwischenwelle ZW kann die elektrische Maschine EM in den Gängen G1 bis G4 mit der Übersetzung i=1 und in den Gängen G5 bis G8 mit der Übersetzung i=0,38 betrieben werden. Bei einer Anbindung der elektrischen Maschine EM an die Getriebeeingangswelle 1 kann die elektrische Maschine GM mit der jeweiligen Gangübersetzung betrieben werden, wodurch die elektrische Maschine EM stets im Wirkungsgrad optimierten Bereich betrieben werden kann. Bei einer Anbindung der elektrischen Maschine EM an die Getriebeausgangswelle 2 wird die elektrische Maschine EM jeweils mit der Kettenübersetzung betrieben, wobei hierdurch eine Lastschaltung realisiert werden könnte, wenn während einer Schaltung die Last ausschließlich von der elektrischen Maschine EM aufgebracht würde und das Getriebe sich in einem lastlosen Zustand befindet.

In Figur 3 ist ein Schaltschema für die erste Ausführungsvariante gemäß Figur 1 und für die zweite Ausführungsvariante gemäß Figur 2 dargestellt. Aus dem Schaltschema ergibt sich, dass zum Schalten eines ersten Ganges G1 die erste, zweite und dritte Bremse B1 , B2, B3 geöffnet bzw. weggeschaltet sind, wobei die erste, zweite und dritte Freilaufkupplung F1 , F2, F3 im Sperrrichtungszustand sind. Zum Schalten eines zweiten Ganges G2 ist die erste Bremse B1 geschlossen und die zweite und dritte Bremse B2, B3 sind geöffnet bzw. weggeschaltet, wobei die erste Freilaufkupplung F1 im Überholtriebzustand ist und die zweite und dritte Freilaufkupplung F2, F3 im Sperrrichtungszustand sind. Zum Schalten eines dritten Ganges G3 ist die zweite Bremse B2 geschlossen und die erste und dritte Bremse B1 , B3 sind geöffnet bzw. weggeschaltet, wobei die zweite Freilaufkupplung F2 im Überholtriebzustand ist und die erste und dritte Freilaufkupplung F1 , F3 im Sperrrichtungszustand sind.

Zum Schalten eines vierten Ganges G4 sind die erste und zweite Bremse B1 , B2 geschlossen und die dritte Bremse B3 ist geöffnet bzw. weggeschaltet, wobei die erste und zweite Freilaufkupplung F1 , F2 im Überholtriebzustand sind und die dritte Freilaufkupplung F3 im Sperrrichtungszustand ist. Zum Schalten eines fünften Ganges G5 ist die dritte Bremse B3 geschlossen und die erste und zweite Bremse B1 , B2 sind geöffnet bzw. weggeschaltet, wobei die erste und zweite Freilaufkupplung F1 , F2 im Sperrrichtungszustand sind und die dritte Freilaufkupplung F3 im Überholtriebzustand ist. Zum Schalten eines sechsten Ganges G6 sind die erste und dritte Bremse B1 , B3 geschlossen und die zweite Bremse B2 ist geöffnet bzw. weggeschaltet, wobei die erste und dritte Freilaufkupplung F1 , F3 im Überholtriebzustand sind und die zweite Freilaufkupplung F2 im Sperrrichtungszustand ist. Zum Schalten eines siebenten Ganges G7 ist die erste Bremse B1 geöffnet bzw. weggeschaltet und die zweite und dritte Bremse B2, B3 sind geschlossen, wobei die erste Freilaufkupplung F1 im Sperrrichtungszustand ist und die zweite und dritte Freilaufkupplung F2, F3 im Überholtriebzustand sind. Zum Schalten eines achten Ganges G8 sind die erste, zweite und dritte Bremse B1 , B2, B3 geschlossen, wobei die erste, zweite und dritte Freilaufkupplung F1 , F2, F3 im Überholtriebzustand sind. Bezuqszeichen

1 Getriebeeingangswelle bzw. Tretkurbelwelle

2 Getriebeausgangswelle bzw. Abtrieb des Fahrrades oder Pedelecs

3 Gehäuse

4 Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes

5 Planetenradträger bzw. Steg des ersten Planeten radsatzes

6 Hohlrad des ersten Planetenradsatzes

7 Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes

8 Planetenradträger des zweiten Planeten radsatzes

9 Hohlrad des zweiten Planeten radsatzes

10 Sonnenrad des dritten Planetenradsatzes

1 1 Planetenradträger des dritten Planetenradsatzes

12 Hohlrad des dritten Planeten radsatzes

RS1 erster Planetenradsatz

RS2 zweiter Planetenradsatz

RS3 dritter Planetenradsatz

B1 erste Bremse

B2 zweite Bremse

B3 dritte Bremse

EM elektrische Maschine

F1 erste Freilaufkupplung

F2 zweite Freilaufkupplung

F3 dritte Freilaufkupplung

G1 erster Gang

G2 zweiter Gang

G3 dritter Gang

G4 vierter Gang

G5 fünfter Gang

G6 sechster Gang

G7 siebter Gang

G8 achter Gang

1 ₀₁ Stand Übersetzung des ersten Planetenradsatzes

1 ₀ 2 Stand Übersetzung des zweiten Planeten radsatzes

1 ₀ 3 Stand Übersetzung des dritten Planetenradsatzes

i Übersetzung

f Stufung (p _ges Gesamtstufung

ZW Zwischenwelle