Die Erfindung betrifft ein Planeten-Schaltgetriebe, das auf einer zentralen Achse montiert, eine antriebsseitige Hohlwelle und eine abtriebsseitige Nabenhülse aufweist, zwischen denen koaxial ein Planetengetriebe angeordnet ist, das aus einem Sonnenrad und über einen Planetenträger miteinander verbundene Planetenräder sowie einem Hohlrad besteht, und jeweils mittels Kupplungen bei wechselseitiger Umschaltung des An- und Abtriebes entweder in einen Blockumlauf oder einen Über- oder Untersetzungsmodus schaltbar ist.

Das Planeten-Schaltgetriebe ist insbesondere für ein- oder mehrspurige, pedalgetriebene Fahrzeuge vorgesehen, wobei es auf einer zentralen Achse montiert ist und eine antriebsseitige Hohlwelle sowie eine abtriebsseitige Nabenhülse aufweist, zwischen denen ein mehrstufige Getriebe angeordnet ist.

Ein derartiges Getriebe ist als ein Teilgetriebe eines Neunganggetriebes aus der WO 2019 192 634 A1 bekannt, wie in Fig. 3 gezeigt. Ein erstes dabei links in der Figur 3 gezeigtes Getriebe besteht aus einem Steg mit Zweifachstufenplaneten und einem Hohlrad mit einer Seitenwand und zwei Sonnenrädern, die mit den korrespondierenden Planeten kämmen. Sein Steg wird von einem Antreiber, auf dem ein Ritzel drehfest befestigt ist, angetrieben. Der Abtrieb des ersten Getriebes erfolgt über das Hohlrad. Wird das Getriebe im Blockumlauf betrieben, so erhält man den direkten Gang mit i_1 = 1 . Die Übersetzung mit i_2 = 1/1 ,24 = 0,8065 erhält man, wenn das kleinere der beiden Sonnenräder achsfest gesetzt ist. Die Übersetzung mit i_3 = 1/1 ,537 = 0,65 erhält man, wenn das größere der beiden Sonnenräder festgesetzt ist. Somit übersetzt das Getriebe ins Schnelle. Das zweite Getriebe ist ein Planetengetriebe mit einem Gangsprung von 91 % bestehend aus einem Hohlrad, einem Mehrfachplaneten mit unterschiedlichen Zähnezahlen und einem Sonnenrad, welches mit dem kleineren der beiden Planeten im Eingriff steht. Das Sonnenrad wird mittels einer bidirektionalen Kupplung drehtest gesetzt und freigegeben. Eine bidirektionale Kupplung ist vorgesehen, da beim Wechsel von An- und Abtrieb sich das Reaktionsmoment umkehrt. Die Übersetzung ins Langsame wird realisiert, indem das Hohlrad angetrieben wird und der Abtrieb über den Steg erfolgt. Der Direktgang wird beispielsweise über das Schließen der beiden Hohlradkupplungen realisiert, welche mit ihren Seitenwänden dreh- und axialfest verbunden sind. Dabei wird das Sonnenrad durch Öffnen der Sonnenradkupplung freigegeben. Die Übersetzung ins Schnelle wird realisiert, indem der Steg angetrieben wird und der Abtrieb über das Hohlrad erfolgt. Zum Schalten des ersten Getriebes dienen drei Axialkupplungen und des zweiten Teilgetriebes fünf Axialkupplungen.

Nachteilig an dieser Ausführung im Neunganggetriebe ist, dass die Steuerung dieser Getriebestufe nicht symmetrisch ausgeführt ist, was sehr viele verschiedene, teils komplizierte, Bauteile erforderlich macht. Die in zwei Richtungen wirkende Sonnenradkupplung beansprucht einen relativ großen axialen Bauraum. Die Anfederungen der Kupplungen sind aus Platzgründen nicht unabhängig von benachbarten Kupplungen ausführbar, was bedeutet, dass die Federn das Doppelte des Schalthubes einer Kupplung ausführen müssen, was zu relativ großen Kraftänderungen führt. Die Schließkräfte sind genau dann am kleinsten, wenn die Kupplungen geschlossen gehalten werden sollen.

Weiterhin ist aus der WO 2019 086 064 A1 ein Antriebsstrang bekannt, dessen erstes Getriebe ein Tretlagerschaltgetriebe ist und dessen zweites Getriebe das Nachschaltgetriebe ist, das drei Gänge bereitstellt und in der Hinterradnabe untergebracht ist. Dieses zweite Getriebe, das Nachschaltgetriebe, besteht gemäß der dortigen Tabelle 1 aus zwei gleichen zueinander gespiegelt angeordneten Planetengetrieben, bestehend aus jeweils einem Hohlrad, einem Sonnenrad und Zweifachstufenplaneten, die über drehfest verbundene Stege gekoppelt sind. Das erste Teilgetriebe dieses Nachschaltgetriebes ist ein Untersetzungsgetriebe mit ca. i_4 = 1 ,24 hoch 3 = 1 ,91 und das zweite Teilgetriebe ist ein Untersetzungsgetriebe mit i_6 = 1 /i_4 = 0,5245. Der direkte Gang mit i_5 = 1 stellt sich ein, wenn beide Teilgetriebe als Block umlaufen.

Nachteilig an dieser Ausführung eines Antriebsstranges ist, dass zwei identische Getriebe im Hinterradnabengetriebe verwendet werden, was mit der doppelten Anzahl von Getriebeteilen mit entsprechend hohen Kosten und einer im Fahrradbereich problematisch großen Masse einhergeht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend bezeichneten Getriebe bei annähernd gleicher Schaltstufung wesentlich zu vereinfachen und entsprechend Gewicht, Kosten und Baubreite einzusparen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, vorteilhafte Anordnungen des neuartigen Getriebes mit verschiedenen Vorschaltgetrieben zu offenbaren.

Die Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Lösung finden sich in den jeweils abhängigen Ansprüchen.

Die Lösung besteht gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 darin, dass das Planetengetriebe bei permanenter Achsfestlegung seines einzigen Sonnenrades mit nur vier der Kupplungen, die symmetrisch zu diesem Sonnenrad angeordnet sind, bei ihrer wechselseitigen Umschaltung des An- und Abtriebes jeweils entweder in einen langsamen, einen schnellen oder einen direkten Modus geschaltet ist.

Durch diese jeweils geschaltete Umkehr des Planetengetriebes entfällt vergleichsweise zur Version im Stand der Technik ein zweites Sonnenrad samt zugehörigem Steg, Planetenrädern mit deren Achsen und Lagern und ein Hohlrad, dessen Ansteuerung und somit auch eine Abstützung deren Kupplungsfeder an einer weiteren Kupplungsfeder einer Planetenträger- Kupplung. Betrachtet man vergleichsweise die Ausführung der vorbekannten Neunganganordnung gemäß Figur 3, mit derjenigen nach Figur 2, die das Getriebe nach Figur 1 umfasst, so werden die neun Gänge neuerlich insgesamt mit nur sieben Kupplungen geschaltet, indem an dem einzigen achsfesten Sonnenrad des neuartigen Getriebes jegliche Kupplung mit ihren Ansteuermitteln, nämlich einer Kupplungsscheibe mit Steuerfingern, einer Kupplungsscheibe mit außen liegender Steckverzahnung, die axial beweglich und drehfest im Sonnenrad angeordnet wäre und eine zugehörige Steuernut in einem Steuerzylinder sowie eine Andrückfeder entfallen. Die vier Kupplungen des zweiten Getriebes mit ihren Ansteuermitteln und die zwei zugehörigen An- und Abtreiberhülsen sind symmetrisch zum Planetengetriebe ausgebildet und sind deshalb als Wiederholteile günstig zu fertigen. Die Symmetrie ist auch für die Druckfedern der Kupplungen gegeben. Vorteilhaft sind die beiden Federn der Planetenträger-Kupplungen am achsfesten Sonnenrad abgestützt, da nunmehr der bewegliche Teil der Stegkupplungen K60 und K80 sich im Steg befinden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nunmehr die Anfederungen unabhängig voneinander ausgeführt sind, d.h. , dass nur noch der Kupplungshub einer, satt deren zweier Kupplungen von den Federn ausgeführt werden muss.

Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben, wobei die Bezugszeichen der Bauteile analog zu deren Funktion gemäß derjenigen in Fig. 3, die aus dem Stand der Technik WO 2019 192 634 A1 entnommen ist, verwendet werden.

Ein in der Figur 1 dargestelltes Nabengetriebe umfasst eine Nabenhülse 1 , die mittels eines Wälzlagers auf einem Antreiber 4a und einem weiteren auf einer Achse 6a gelagert ist. Auf dem Antreiber 4a befindet sich, drehfest aber lösbar mit diesem verbunden, ein Antriebsritzel 2 für einen Riemen- oder Kettenantrieb. Ein weiteres Wälzlager lagert den Antreiber 4a auf der Achse 6a. Der Antreiber 4a ist durch Kupplungen K50 und K60 wechselweise mit einem Hohlrad HR oder einem Planetenträger 8 verbunden. Abtriebsseitige Kupplungen K80, K90 verbinden wechselseitig einen Steg 8 bzw. das Hohlrad HR mit einer Abtreiberhülse 4d und dadurch mit der Nabenhülse 1.

Fig. 2 zeigt die Anordnung des neuartigen Planetengetriebes NSG mit einem Eingangs- oder Vorschaltgetriebe EG in der gleichen Nabe. Sie umfasst eine Nabenhülse 1 , die mittels eines Wälzlagers auf dem Antreiber 4a und einem weiteren Wälzlager auf der Achse 6a gelagert ist. Auf dem Antreiber 4a befindet sich drehfest aber lösbar mit diesem verbunden ein Antriebsritzel 2 für einen Riemen- oder Kettentrieb.

Der Antreiber 4a ist mit dem Steg eines dreistufigen Eingangsgetriebes EG, das durch drei Kupplungen K20, K30, K40 zu steuern ist, verbunden. Das abtriebsseitige Hohlrad HR ist mit einer Antreiberhülse 4b verbunden, die über zwei Kupplungen K50, K60 ein dreistufiges Nachschaltgetriebe NSG ansteuert. Innerhalb der Achse 6a befindet sich eine Schalttrommel 6b, auf der sich Nuten 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 befinden, in die Schaltfinger eingreifen. Diese sind einerseits jeweils mit einer der Kupplungen K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90 direkt oder indirekt verbunden, und andererseits greifen sie die durch axiale führende Langlöcher in der Achse 6a in die Nuten 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 ein. Die Nuten 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 sind so ausgebildet, dass die vorgesehenen Bewegungen der Schaltfinger zur Schaltung der Kupplungen K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90 zur Einstellung der einzelnen Gänge dann ausgeführt werden, wenn die Schalttrommel 6b jeweils in eine der neun Gangstellungen gedreht ist, indem jeweils ausgewählte Schaltfinger die zugehörigen Kupplungen K20, K30, K40, K50, K60, K80, K90 entgegen einer Schließkraft, insbesondere einer Feder öffnen.

Es sind jeweils zwei vollständige Steuerungsstrukturen aus den Nuten 24, 34, 44, 54, 64, 84, 94 auf jeweils 180° des Umfangs der Schalttrommel eingebracht, so dass jeweils zwei gegenüberliegende Schaltfinger die Kupplungsscheiben parallel ansteuern, wodurch eine Schalthemmung durch ein Kippen derselben vermieden wird. Das neuartig ausgebildete Nachschaltgetriebe NSG umfasst eine Antreiberhülse 4b mit einer Innen- und Außenverzahnung und für jede Kupplung K50, K60, K80, K90 zwei oder drei um 180° bzw. 120° versetzte Langlöcher 4c. Eine Abtreiberhülse 4d weist eine ähnliche Struktur mit Verzahnungen und Langlöchern auf.

Die folgenden Tabellen zeigen Anwendungsbeispiele für das neuartig ausgebildete Nachschaltgetriebe. Die Tabellen 2, 3 und 4 verdeutlichen, dass Tretlagergetriebe oder Vorschaltgetriebe mit verschiedenen Gangzahlen und Gangsprüngen mit demselben Nachschaltgetriebe kombiniert werden können. Beim Tretlagergetriebe besteht die Möglichkeit einer Einspeisung bzw. Einkoppelung eines Motorantriebes.

In der folgenden Tabelle 1 sind die Zähnezahlen der Getrieberäder HR, PR, SR, die zugehörigen Übersetzungsverhältnisse i und die Gangsprünge s sowie die in den Gängen Gn, n = 1 ...9, geschalteten Kupplungen K20, ... K90 für ein Neunganggetriebe angegeben.

In Tabelle 2 ist eine Konfiguration zur WO 2019 086 064 A1 ebenfalls für ein Neungang-Antriebsstrang angegeben, wobei das Eingangsgetriebe zum Tretlager verschoben ist.

In Tabelle 3 ist eine weitere Konfiguration zur WO 2019 086 064 A1 für einen Zwölfgang-Antriebsstrang angegeben, wobei das Viergangtretlagergetriebe nur ins Schnelle übersetzt.

In Tabelle 4 ist eine weitere Konfiguration zur WO 2019 086 064 A1 für einen Fünfzehngang-Antriebsstrang angegeben, wobei das Fünfgang- Tretlagergetriebe nur in einem Gang mit lediglich etwa 13.7% ins Langsame übersetzt und damit nur unwesentlich die Zugkräfte auf dem Zugmittel gegenüber dem direkten Gang erhöht.

In den Figuren sind die folgenden Symbole zur Veranschaulichung benutzt. Symbolliste:

Das Neungangnabengetriebe wird vorzugsweise ausschließlich mit Axialkupplungen geschaltet. Eine Kupplung wird von zwei sich gegenüberliegenden mittels der beschriebenen Zwischenglieder 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 einen Blockumlauf auslöst, „Blocksperre“ genannt, welche den Mitlauf des Sonnenrades bei einem Antrieb durch den Planetenträger verhindert, „Mitlaufsperre“ genannt und welche den Rücklauf eines Sonnenrades beim Antrieb durch das Hohlrad verhindert, „Rücklaufsperre“ genannt. Mitlauf bedeutet dann gleicher Drehsinn wie das antreibende Riemenoder Kettenrad. Soll mit gleichem Drehsinn Drehmoment übertragen werden, wird der Begriff „Mitnehmer“ benutzt. Danach sind die Kupplungen K50, K60, K80, K90 Mitnehmer, die Kupplungen K30 und K40 Rücklaufsperren und die Kupplung K20 eine Blocksperre. Die Kupplungsteile sind in der Reihenfolge, in der sie auf der Achse 6a von der Antriebsseite aus aufeinander folgen, in Zehnerschritten, jeweils beginnend mit 20 durchnummeriert. Das Eingangsgetriebe EG entspricht dem in der Fig. 3, die zum Stand der Technik gehört.

Die Kupplung K20 schaltet den Blockumlauf des Eingangsgetriebes EG, indem das Sonnenrad mit dem Antreiber 4a und damit dem Planetenträger drehfest verbunden oder wieder gelöst wird.

Die Kupplung K20 schaltet die Gänge 1 , 4, 7. Die Blocksperre greift in das mit der Sonne fest verbundene Gegenstück und hindert das Sonnenrad am Überholen des Planetenträgers. Die weiteren Bestandteile sind eine Schließfeder, die sich im Antreiber abstützt, sowie ein Schiebering mit einem Schaltfinger der von der zugehörigen Nut 24 gesteuert wird.

Die Kupplung K30 ist eine Mitlaufsperre und schaltet den zweiten Gang des Eingangsgetriebes EG, indem das kleinere Sonnenrad achsfest gesetzt wird. Die Kupplung K30 schaltet die Gänge 2, 5, 8 des Gesamtgetriebes.

Die Kupplung K40 ist eine Mitlaufsperre und schaltet den dritten Gang des Eingangsgetriebes EG, indem das größere Sonnenrad achsfest gesetzt wird. Sie schaltet die Gänge 3, 6, 9 des Gesamtgetriebes. Das Sonnenrad ist als Ring mit einer Innenverzahnung ausgebildet, in der das als Mitlaufsperre ausgebildete Kupplungsteil drehfest aber axial verschiebbar geführt ist. Das Gegenstück weist eine Innenverzahnung auf, die dieses drehfest mit der Achse 6a verbindet. Sicherungsringe verhindern eine axiale Bewegung. Ein Schiebering mit einem Schaltfinger wird von der Nut 44 gesteuert. Die Schließfeder stützt sich an einem in die Achse 6a eingelassenen Sicherungsring ab.

Im neuartigen Nachschaltgetriebe NSG treten drei Schaltkombinationen auf: Die Kupplungen K50 und K80 sind geschlossen; das Hohlrad HR wird angetrieben, das Sonnenrad SR ist festgesetzt und der Planetenträger 8 ist über die Kupplung K80 mit der Abtreiberhülse 4d ausgangsseitig verbunden. Es ergibt sich eine Übersetzung von 1 ,912 ins Langsame.

Die Kupplungen K50 und K90 sind geschlossen, wobei der Antrieb durchgehend mit der Abtreiberhülse 4d verbunden ist. Das Getriebe läuft im Leerlauf mit.

Die Kupplungen K60 und K90 sind geschlossen. Der Antrieb ist auf den Planetenträger 8 geschaltet und wird vom Planetenrad PR untersetzend über das Hohlrad HR mit der Abtreiberhülse 4d an die Nabenhülse 1 ausgegeben. Die Übersetzung beträgt 0,523 ins Schnelle.

Im vierten Gang findet keine verlustbehaftete Wälzreibung der Getrieberäder unter Last statt, und in den Gängen 1 , 5 und 7 ist jeweils nur ein Rädersatz kämmend. Das Getriebe arbeitet also mit hohem Wirkungsgrad. Außerdem ist es schmaler und leichter als das in Fig. 2 gezeigte vorbeschriebene, und es ist material- und kostensparender herzustellen, dank der Einsparung einer Kupplungsbaugruppe am Sonnenrad SR.

Weitere Ausführungsbeispiele sind in der Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt. Gleiche Bauteile weisen gleiche Bezugszeichen auf. Das in den Fig. 4 und 5 dargestellte Nachschaltgetriebe NSG weist im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 1 folgende Änderungen und Unterschiede auf. In den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 und 5 entfallen zwei Schieberinge, entfallen zwei Schaltfinger und entfallen zwei Nuten in der Schalttrommel. Zwei Nuten können entfallen, da sich die Kupplungen der Kupplungspaare K50/K60 und K80/K90 synchron bewegen. Wenn beispielsweise die Kupplung K50 öffnet, schließt die Kupplung K60 und umgekehrt. Damit ergeben sich parallele Steuernutenpaare. Demzufolge kann die Bewegung der Kupplungspaare K50/K60 bzw. K80/K90 über jeweils einen Schiebering durch eine Steuernut erfolgen. Somit werden die vier Kupplungen des Nachschaltgetriebes mittels lediglich zwei Schieberingen gesteuert, welche jeweils durch zwei Schaltfinger geführt werden, welche in die jeweils zugeordnete Steuernut eingreifen.

Dadurch kann vorteilhafterweise ein erweiterter axialer Bauraum bereitgestellt werden. Durch diese Ausgestaltung können die Anfederungen der Kupplungen K60 und K80 nach innen, achsnah direkt gegen die Schieberinge ausgebildet sein. Reibkräfte, die gegen den Bund der Kulisse 53, 93 auftreten, sind durch die Ausgestaltung der Schieberinge 64a, 84a mit Hilfe der Stützringe 56, 96 eliminierbar bzw. beseitigbar.

Die schieberingseitigen Stützringe 56, 96, die sich an den Schieberingen 64a, 84a abstützen, bilden zusammen mit den am Außendurchmesser abgesetzten Schieberingen eine Nut, welche die freie Rotation der Kulisse 53, 93, welche mit dem innenliegenden Bund in diese Nut eingreift, ermöglicht.

Unter einer Kulisse wird hier ein ringförmiges Bauteil verstanden, welches im Inneren eine ringförmige Anlauffläche aufweist und außen eine umlaufende Nut oder Bohrungen, in die die Schaltfinger des beweglichen Teils der äußeren Kupplungen wie K50 oder K90 eingreifen.

Beispielsweise können bei der Verwendung von vier Kupplungen nur zwei Schieberinge als Aktuatoren benötigt werden.

In einem Ausführungsbeispiel können bei einer Neungangnabe sieben Kupplungen vorgesehen sein, wobei nur fünf Schieberinge als Aktuatoren benötigt werden.

In der eingangs beschriebenen vorbekannten Patentanmeldung WO 2019 192 634 A1 sind ebenso wie in den dort gewürdigten Dokumenten über weitere bekannte Nabengetriebe mit verschiedenen Kupplungen keines mit nur sieben Kupplungen dargestellt worden. Die Einsparung führte zudem zu Vereinfachungen und weiterer Einsparungen durch die Verwendung jeweils gleichartig gesteuerter Kupplungen. Die nunmehr eingesparte, bidirektional wirkende Sonnenradkupplung wurde offensichtlich als essenziell betrachtet, da ihre Funktion für sechs Schaltkombinationen abgehandelt wurde. Die Möglichkeit ganz auf sie zu verzichten, blieb jedoch völlig außer Betracht.

Bezugszeichenliste

Nabenhülse

2 Ritzel

4a Antreiber

4b Antreiberhülse

4c Langlöcher in 4b

4d Abtreiberhülse

4e Langlöcher in 4d

6a Achse

6b Schalttrommel

8 Planetenträger in NSG

K20, K30, ... K90 Kupplungen

24, 34, ... 94 Nuten in 6b

EG Eingangsgetriebe

NSG Nachschaltgetriebe

HR Hohlrad

PR Planetenräder

SR Sonnenräder i Übersetzungsverhältnis s Gangsprung

S Schaltbereich

W Wälzlagereinheit

51c, 91c, 64b, 84b Schaltfinger

52, 92 Feder

53, 93 Kulisse

64a, 84a Schiebering

56, 96 Stützscheiben