DE102020128826A1

DE102020128826A1 - tungsten gears

Info

Publication number: DE102020128826A1
Application number: DE102020128826.3A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Osterlänger; Rene Scherder; Ondrej Rybnikár; Werner Wirth
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2020-11-03
Filing date: 2020-11-03
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Ein Wolfromgetriebe, insbesondere für einen Fahrradantrieb, umfasst ein Sonnenrad (32), einen Planetensatz mit einer Anzahl an Planeten (28), die jeweils Abschnitte (27, 29) unterschiedlichen Durchmessers aufweisen, sowie ein erstes, nicht drehbares Hohlrad (50) und ein zweites, drehbares Hohlrad (19), welches einen vom ersten Hohlrad (50) abweichenden Innendurchmesser aufweist, wobei das Sonnenrad (21) lediglich mit einem der unterschiedlichen Abschnitte (27, 29) der Planeten (28) kämmt und die unterschiedlichen Abschnitte (27, 29) der Planeten (28) mit den verschiedenen Hohlrädern (19, 50) kämmen. Die Verzahnungen (25, 26, 31, 48, 49) des Sonnenrades (32), der Planeten (28), sowie der Hohlräder (19, 50) sind als Schrägverzahnungen ausgebildet, wobei die Verzahnungen (26, 31) der unterschiedlichen Abschnitte (27, 29) der Planeten (28) im gleichen Sinne, jedoch mit unterschiedlichen Schrägungswinkeln (β1, β2), gegenüber der Planetenmittelachse (MA) schräg gestellt sind.A tungsten gear, in particular for a bicycle drive, comprises a sun gear (32), a planetary set with a number of planets (28), each having sections (27, 29) of different diameters, and a first, non-rotatable ring gear (50) and a second, rotatable ring gear (19), which has an inner diameter that differs from the first ring gear (50), the sun gear (21) only meshing with one of the different sections (27, 29) of the planets (28) and the different sections (27, 29) of the planets (28) mesh with the various ring gears (19, 50). The teeth (25, 26, 31, 48, 49) of the sun gear (32), the planets (28) and the ring gears (19, 50) are designed as helical gears, the gears (26, 31) of the different sections ( 27, 29) of the planets (28) are inclined in the same sense, but with different helix angles (β1, β2) relative to the central axis (MA) of the planet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Wolfromgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a tungsten gear according to the preamble of claim 1.

Ein derartiges Wolfromgetriebe ist beispielsweise aus der DE 198 45 182 A1 bekannt. Das bekannte Wolfromgetriebe ist zur Kraftübertragung in einer elektromechanisch betätigbaren Bremse eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.Such a tungsten gear is, for example, from DE 198 45 182 A1 famous. The well-known Wolfrom gear is provided for power transmission in an electromechanically actuated brake of a motor vehicle.

Bei einem Wolfromgetriebe handelt es sich um ein Umlaufrädergetriebe, welches sich durch ein hohes Übersetzungsverhältnis bei kompakten Abmessungen auszeichnet. Trotz erheblicher, bauartbedingter Blindleistung ist ein Wolfromgetriebe als nicht selbsthemmendes Getriebe auslegbar. Typischerweise sind Wolfromgetriebe als Untersetzungsgetriebe konzipiert. Prinzipiell ist jedoch, sofern keine Selbsthemmung gegeben ist, auch eine Übersetzung ins Schnelle möglich.A tungsten gear is an epicyclic gear, which is characterized by a high transmission ratio with compact dimensions. Despite the considerable design-related reactive power, a tungsten gear can be designed as a non-self-locking gear. Typically, tungsten gears are designed as reduction gears. In principle, however, if there is no self-locking, a speed-up translation is also possible.

Mögliche Bauformen von Wolfromgetrieben sind auch in den Dokumenten DE 10 2012 211 286 A1 , DE 20 2009 018 547 U1 und DE 10 2019 203 257 B3 beschrieben.Possible designs of tungsten gears are also in the documents DE 10 2012 211 286 A1 , DE 20 2009 018 547 U1 and DE 10 2019 203 257 B3 described.

Ein schaltbares Wolfrom-Planetengetriebe ist zum Beispiel in der EP 2 146 112 A1 offenbart. In diesem Fall sind Planeten als Planetenstangen ausgeführt, welche drei Bereiche unterschiedlichen Durchmessers aufweisen.A switchable Wolfrom planetary gear is for example in the EP 2 146 112 A1 disclosed. In this case, planets are designed as planet rods, which have three areas of different diameters.

Ein in der DE 197 20 255 A1 beschriebenes Planetengetriebe umfasst zusätzlich zu einem Sonnenrad und einem Hohlrad zwei Gruppen von Stufenplaneten. Verschiedene Achsen des Planetengetriebes nach der DE 197 20 255 A1 sind schräg zueinander gestellt. Ferner sind Verzahnungen als Schrägverzahnungen ausgeführt. Hierbei sollen Schrägungswinkel so aufeinander abgestimmt sein, dass es zu einer Kompensation von aus der Schrägverzahnung herrührenden Axialkräften kommt.An Indian DE 197 20 255 A1 The planetary gear described includes, in addition to a sun gear and a ring gear, two groups of stepped planets. Different axes of the planetary gear according to the DE 197 20 255 A1 are placed at an angle to each other. Gears are also designed as helical gears. In this case, helix angles should be matched to one another in such a way that axial forces originating from the helical gearing are compensated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickeltes Wolfromgetriebe anzugeben, welches sich durch eine besonders effiziente Axialkraftkompensation auszeichnet.The invention is based on the object of specifying a tungsten gear which is further developed than the stated prior art and which is characterized by a particularly efficient axial force compensation.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wolfromgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Komponenten des Wolfromgetriebes sind in an sich bekannter Grundkonzeption ein Sonnenrad und ein Planetensatz, welcher eine Anzahl an Planeten umfasst, die jeweils Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers aufweisen. Weiter umfasst das Wolfromgetriebe zwei Hohlräder, nämlich ein erstes, nicht drehbares Hohlrad und ein zweites, drehbares Hohlrad, welches einen vom ersten Hohlrad abweichenden Innendurchmesser aufweist, wobei das Sonnenrad lediglich jeweils mit einem der unterschiedlichen Abschnitte der Planeten kämmt und die unterschiedlichen Abschnitte der Planeten mit den verschiedenen Hohlrädern kämmen.This object is achieved according to the invention by a tungsten gear with the features of claim 1. Components of the tungsten gear are a sun wheel and a planetary gear set, which includes a number of planets, each having sections of different diameters. The tungsten gear also includes two ring gears, namely a first, non-rotatable ring gear and a second, rotatable ring gear, which has an inner diameter that differs from the first ring gear, with the sun gear only meshing with one of the different sections of the planets and the different sections of the planets with mesh with the various ring gears.

Gemäß Anspruch 1 sind die Verzahnungen des Sonnenrades, der Planetenräder, sowie der Hohlräder als Schrägverzahnungen ausgebildet, wobei die Verzahnungen der unterschiedlichen Abschnitte der Planeten im gleichen Sinne, jedoch mit unterschiedlichen Schrägungswinkeln, gegenüber der Planetenmittelachse schräg gestellt sind.According to claim 1, the toothing of the sun gear, the planetary gears and the ring gears are designed as helical gearing, the gearing of the different sections of the planets being inclined in the same sense but with different helix angles relative to the central axis of the planet.

Somit weist das Sonnenrad eine Schrägverzahnung erster Art und eines der Hohlräder eine korrespondierende Schrägverzahnung mit dem entsprechenden Schrägungswinkel auf. Das zweite Hohlrad weist eine Schrägverzahnung mit einem hiervon abweichenden Schrägungswinkel auf. Insgesamt sind damit günstige akustische Eigenschaften des Wolfromgetriebes bei zugleich minimierten effektiven, auf die Planeten einwirkenden Axialkräften erzielbar.The sun gear thus has helical gearing of the first type and one of the ring gears has corresponding helical gearing with the corresponding helix angle. The second ring gear has helical gearing with a different helix angle. Overall, favorable acoustic properties of the tungsten gear can be achieved with at the same time minimized effective axial forces acting on the planets.

Gemäß verschiedener möglicher Ausführungsformen beträgt der größere Schrägungswinkel mindestens das 1,05-fache und höchstens das 1,35-fache des kleineren Schrägungswinkels, wobei der kleinere Schrägungswinkel beispielsweise am Sonnenrad und der größere Schrägungswinkel am drehbaren Hohlrad gegeben ist.According to various possible embodiments, the larger helix angle is at least 1.05 times and at most 1.35 times the smaller helix angle, the smaller helix angle being given, for example, on the sun gear and the larger helix angle on the rotatable ring gear.

Die Mittelachsen des Sonnenrades, sämtlicher Planetenräder, sowie der beiden Hohlräder können in kompakter Bauform des Wolfromgetriebes parallel zueinander ausgerichtet sein, wobei die Hohlräder konzentrisch zum Sonnenrad angeordnet sind.The central axes of the sun gear, all planetary gears and the two ring gears can be aligned parallel to one another in the compact design of the tungsten gear, with the ring gears being arranged concentrically to the sun gear.

In fertigungstechnisch günstiger Ausgestaltung kann der dünnere Planetenabschnitt durch eine ringförmige, keine Verzahnung aufweisende Einschnürung, das heißt eine Ringnut, vom dickeren verzahnten Abschnitt desselben Planeten beabstandet sein. Alternativ zu einer einstückigen Ausführung der Planeten kommt prinzipiell auch die Verwendung gebauter Planeten in Betracht, wobei in dieser Bauform zwei Ringe, welche jeweils eine als Schrägverzahnung ausgebildete Außenverzahnung aufweisen, mit einem einzigen Stift verbunden, insbesondere auf diesen, sein können. In allen Fällen weisen die unterschiedlichen Verzahnungen des Planeten unterschiedliche Teilkreisdurchmesser auf.In a configuration that is favorable in terms of production technology, the thinner planet section can be spaced apart from the thicker toothed section of the same planet by an annular constriction that has no toothing, ie, an annular groove. As an alternative to a one-piece design of the planets, the use of built-up planets is also possible, in which case two rings, each having external teeth designed as helical teeth, can be connected to a single pin, in particular on this pin. In all cases, the different toothings of the planet have different pitch circle diameters.

Unabhängig von der Bauform des Planeten ist dieser beispielsweise mittels einer zweireihigen Nadellagerung auf einem Bolzen gelagert, wobei sich zwei voneinander beabstandete Wälzkörperreihen, das heißt Nadelreihen, jeweils innerhalb eines der beiden schrägverzahnten Abschnitte des Planeten befinden und die Länge der Wälzkörper von der in Axialrichtung des Planeten zu messenden Breite des zugehörigen schrägverzahnten Abschnitts des Planeten um nicht mehr als 20% abweicht.Regardless of the design of the planet, it is mounted on a bolt, for example by means of a two-row needle bearing, with two rows of rolling elements spaced apart from one another, ie rows of needles, each within one of the two helical sections of the planet are located and the length of the rolling elements does not deviate from the width of the associated helical section of the planet, measured in the axial direction of the planet, by more than 20%.

Das Sonnenrad kämmt lediglich mit einem Abschnitt eines jeden Planeten. Beispielsweise handelt es sich hierbei um die Planetenabschnitte kleineren Durchmessers. Während dieselben Planetenabschnitte mit dem feststehenden Hohlrad kämmen, greifen die Planetenabschnitte größeren Durchmessers in das drehbare Hohlrad ein. Wird das Wolfromgetriebe als Untersetzungsgetriebe verwendet, stellt das drehbare Hohlrad das Abtriebselement dar. Im umgekehrten Fall, das heißt bei einer Übersetzung ins Schnelle, dient das drehbare Hohlrad als Antriebselement, während das Sonnenrad des Wolfromgetriebes als Abtriebselement fungiert.The sun gear only meshes with a portion of each planet. For example, these are the planet sections with a smaller diameter. While the same planetary sections mesh with the stationary ring gear, the larger diameter planetary sections mesh with the rotatable ring gear. If the tungsten gear is used as a reduction gear, the rotatable ring gear is the output element. In the opposite case, i.e. when speeding up, the rotatable ring gear serves as the drive element, while the sun gear of the tungsten gear acts as the output element.

Das Durchmesserverhältnis zwischen den verschiedenen, jeweils schrägverzahnten Abschnitten eines Planeten wird in Abhängigkeit vom gewünschten Übersetzungsverhältnis des Wolfromgetriebes festgelegt. Beispielsweise verhält sich der Teilkreisdurchmesser des dickeren Abschnitts des Planeten zum Teilkreisdurchmesser des dünneren Abschnitts des Planeten wie 11/10 oder 12/10, wobei das Modul des dickeren Abschnitts nicht notwendigerweise mit dem Modul des dünneren Abschnitts übereinstimmt.The diameter ratio between the various helical sections of a planet is determined depending on the desired transmission ratio of the tungsten gear. For example, the pitch diameter of the thicker section of the planet is related to the pitch diameter of the thinner section of the planet as 11/10 or 12/10, where the modulus of the thicker section does not necessarily match the modulus of the thinner section.

In an sich üblicher Gestaltung einer Schrägverzahnung kann der Schrägungswinkel des Sonnenrades, entsprechend dem Schrägungswinkel des dünneren Abschnitts des Planeten, insbesondere einen Wert zwischen 10° und 45°, beispielsweise 24°, 30°, 36° oder 42°, haben. Der Schrägungswinkel des rotierenden Hohlrades, entsprechend dem Schrägungswinkel des den größeren Teilkreisdurchmesser aufweisenden Abschnitts eines jeden Planeten, kann in den vier genannten Fällen zum Beispiel 26°, 32°, 39° beziehungsweise 45° betragen, wobei sich dieses Beispiel auf das bei den Planeten gegebene Teilkreisdurchmesserverhältnis von 11:10 bezieht.In a conventional design of helical gearing, the helix angle of the sun gear can have a value between 10° and 45°, for example 24°, 30°, 36° or 42°, corresponding to the helix angle of the thinner section of the planet. The helix angle of the rotating ring gear, corresponding to the helix angle of the section of each planet having the larger pitch circle diameter, can be 26°, 32°, 39° or 45° in the four cases mentioned, for example, this example being based on that given for the planets pitch circle diameter ratio of 11:10.

Weichen die Teilkreisdurchmesser der verschiedenen Verzahnungsabschnitte der Planeten dagegen stärker voneinander ab, was ein weniger extremes Übersetzungsverhältnis des Wolfromgetriebes bedeutet, so werden, um die gewünschte Axialkraftkompensation zu erzielen, stärker voneinander abweichende Schrägungswinkel der verschiedenen Verzahnungen gewählt. Bei dem ebenfalls bereits genannten Teilkreisdurchmesserverhältnis von 12:10 kann die Verzahnung des drehbaren Hohlrades beispielsweise mit einem Schrägungswinkel von 28°, 35°, 41° beziehungsweise 47° ausgeführt werden, wobei sich diese vier Werte ebenfalls auf die Schrägungswinkel 24°, 30°, 36°, 42° des Sonnenrades sowie des den kleineren Teilkreisdurchmesser aufweisenden Abschnitt eines jeden Planeten beziehen.If, on the other hand, the pitch circle diameters of the various toothing sections of the planets differ more from one another, which means a less extreme transmission ratio of the tungsten gear, then, in order to achieve the desired axial force compensation, helix angles of the various toothings that differ more strongly from one another are selected. With the pitch circle diameter ratio of 12:10, which has also already been mentioned, the toothing of the rotatable ring gear can be designed, for example, with a helix angle of 28°, 35°, 41° or 47°, with these four values also relating to helix angles of 24°, 30°, 36°, 42° of the sun wheel and the section of each planet having the smaller pitch circle diameter.

Sowohl in Ausführungsformen als Übersetzungsgetriebe als auch in Ausführungsformen als Untersetzungsgetriebe können an den Stirnseiten des Planetensatzes Anlaufscheiben angeordnet sein. Eine erste Anlaufscheibe kann zum Beispiel einerseits an einem die Planeten führenden Planetenträger und andererseits an einem Umgebungsbauteil, insbesondere Gehäusebauteil, aus Leichtmetall anlaufen, während eine weitere Anlaufscheibe einerseits am Planetenträger und andererseits am drehbaren Hohlrad oder an einem mit dem Hohlrad drehfest verbundenen Teil anläuft. Aufgrund der verschiedenen Schrägverzahnungen von Komponenten des Wolfromgetriebes haben die Anlaufscheiben lediglich geringe Kräfte aufzunehmen. Wälzlagerungen zur Axiallagerung des Planetenträgers sind von daher nicht erforderlich. Aufgrund der höchstens geringen Axialkräfte zeichnet sich das Wolfromgetriebe auch bei Verwendung wenig verschleißfester Materialien als Gehäusewerkstoffe durch einen besonders geringen Verschleiß der entsprechenden Werkstoffe aus.Both in embodiments as a transmission gear and in embodiments as a reduction gear, thrust washers can be arranged on the end faces of the planetary gear set. A first thrust washer can, for example, run against a planetary carrier guiding the planets on the one hand and against a surrounding component, in particular a housing component, made of light metal on the other hand, while a further thrust washer can abut against the planetary carrier on the one hand and on the rotatable ring gear on the one hand or on a part non-rotatably connected to the ring gear on the other. Due to the different helical gearing of the components of the tungsten gear, the thrust washers only have to absorb small forces. Roller bearings for the axial bearing of the planet carrier are therefore not required. Due to the extremely low axial forces, the tungsten gear is characterized by particularly low wear of the corresponding materials, even when less wear-resistant materials are used as housing materials.

Das Wolfromgetriebe eignet sich unter anderem zur Verwendung in einem Fahrradantrieb eines Pedelecs, das heißt eines Fahrrads mit unterstützendem elektrischem Antrieb. Das Wolfromgetriebe kann hierbei zwischen die Tretkurbel des Fahrrads und einen Generator, der die vom Fahrer eingebrachte mechanische Leistung in elektrische Leitung umwandelt, geschaltet sein. Die elektrische Leistung wiederum wird, typischerweise unter Zwischenschaltung eines Akkumulators und/oder eines weiteren Energiespeichers, beispielsweise eines Kondensators, zum Radantrieb mittels eines Elektromotors, insbesondere Radnabenmotors, genutzt. In einem solchen Fall wird von einer „elektrischen Kette“ des Fahrrads gesprochen. Der axial kurze Aufbau des im Bereich des Tretlagers angeordneten Wolfromgetriebes begünstigt eine gute Tret-Ergonomie. Im Vergleich zu üblichen Getrieben, insbesondere Kettengetrieben, von Fahrrädern ohne elektrische Unterstützung kann ein verringerter Wirkungsgrad des Wolfromgetriebes in Kauf zu nehmen sein. Ein Schaltgetriebe ist bei dem Fahrrad mit „elektrischer Kette“ nicht erforderlich.The tungsten gear is suitable, among other things, for use in a bicycle drive of a pedelec, ie a bicycle with an auxiliary electric drive. In this case, the tungsten gear can be connected between the pedal crank of the bicycle and a generator, which converts the mechanical power introduced by the driver into electrical power. The electrical power, in turn, is used, typically with the interposition of a rechargeable battery and/or a further energy store, for example a capacitor, for wheel drive by means of an electric motor, in particular a wheel hub motor. In such a case, the bicycle is said to have an “electric chain”. The axially short design of the tungsten gears located in the area of the bottom bracket promotes good pedaling ergonomics. Compared to conventional gears, in particular chain gears, of bicycles without electrical support, a reduced efficiency of the tungsten gear can be accepted. A manual transmission is not required for the bicycle with "electric chain".

Darüber hinaus ist das Wolfromgetriebe als Untersetzungsgetriebe zum Radantrieb des Fahrrads verwendbar. Somit können in einem Fahrrad, welches keine mechanische Kopplung zwischen Tretkurbel und Hinterrad aufweist, zwei Wolfromgetriebe verbaut sein, wobei eines dieser Wolfromgetriebe als Übersetzungsgetriebe und das andere Wolfromgetriebe als Untersetzungsgetriebe genutzt wird.In addition, the tungsten gear can be used as a reduction gear for wheel drive of the bicycle. Thus, two tungsten gears can be installed in a bicycle that has no mechanical coupling between the crank and the rear wheel, with one of these tungsten gears as a transmission gear and the other as a transmission gear Tungsten gear is used as a reduction gear.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 ausschnittsweise einen Fahrradantrieb mit einem Wolfromgetriebe,
2 eine das Wolfromgetriebe umfassende Generatoranordnung des Fahrradantriebs in einer Schnittdarstellung,
3 ein Detail der Anordnung nach 2,
4 und 5 einen Planeten des Wolfromgetriebes des Fahrradantriebs.

An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing. Show in it:

1 a detail of a bicycle drive with a tungsten gear,
2 a sectional view of a generator arrangement of the bicycle drive that includes the tungsten transmission,
3 a detail of the arrangement 2 ,
4 and 5 a planet of the tungsten gear of the bicycle drive.

Ein in 1 ausschnittsweise dargestellter Fahrradantrieb 1 umfasst eine Getriebe-Generator-Baugruppe 2, die per Pedalantrieb 3 betätigbar ist. Pedale 4 sind in an sich bekannter Weise an Armen 6 einer Tretkurbel 5 gelagert. Die Arme 6 sind fest verbunden mit einer Welle 7, die in einem Gehäuse 8 der Getriebe-Generator-Baugruppe 2 gelagert ist. In dem Gehäuse 8 befinden sich ein Generator 9 und ein Wolfromgetriebe 10. Die Welle 7 befindet sich auf der Eingangsseite des Wolfromgetriebes 10. Auf der Ausgangsseite des Wolfromgetriebes 10 befindet sich der mit 11 bezeichnete Rotor des Generators 9. Der zugehörige Stator ist mit 12 bezeichnet.a in 1 The bicycle drive 1 shown as a detail includes a gear generator assembly 2 which can be actuated by a pedal drive 3 . Pedals 4 are mounted on arms 6 of a pedal crank 5 in a manner known per se. The arms 6 are fixedly connected to a shaft 7 which is mounted in a housing 8 of the gear generator assembly 2. A generator 9 and a tungsten gear 10 are located in the housing 8. The shaft 7 is located on the input side of the tungsten gear 10. The rotor of the generator 9, designated 11, is located on the output side of the tungsten gear 10. The associated stator is designated 12 .

Die durch Treten in den Generator 9 über das Wolfromgetriebe 10 eingebrachte Leistung wird als elektrische Leistung entnommen und zum Antrieb des nicht weiter dargestellten Fahrrads genutzt. Eine mechanische Verbindung mit dem Hinterradantrieb des Fahrrads ist nicht gegeben. Insofern wird eine Konzeption umgesetzt, wie sie prinzipiell aus den Dokumenten DE 10 2011 082 082 A1 und DE 196 00 698 A1 bekannt ist. Der Fahrradantrieb 1 umfasst einen elektrischen Hinterradantrieb, wobei dieser wahlweise als Direktantrieb, das heißt getriebeloser Antrieb, oder als Antrieb mit Untersetzungsgetriebe gestaltet sein kann. Im letztgenannten Fall kann als Untersetzungsgetriebe insbesondere ein weiteres Wolfromgetriebe 10 vorgesehen sein. The power introduced by pedaling into the generator 9 via the tungsten gear 10 is taken as electrical power and used to drive the bicycle, which is not shown in more detail. There is no mechanical connection to the rear wheel drive of the bicycle. In this respect, a conception is implemented, which in principle can be found in the documents DE 10 2011 082 082 A1 and DE 196 00 698 A1 is known. The bicycle drive 1 includes an electric rear-wheel drive, which can be designed either as a direct drive, that is, a gearless drive, or as a drive with a reduction gear. In the latter case, in particular, a further tungsten gear 10 can be provided as a reduction gear.

Das Gehäuse 8 des in den 2 und 3 im Detail dargestellten Wolfromgetriebes 10 umfasst ein im Wesentlichen zylindrisches mittleres Gehäuseteil 13 sowie zwei das Gehäuseteil 13 stirnseitig abschließende Gehäusedeckel 14, 15. Das gesamte Gehäuse 8 ist fest mit dem Rahmen des Fahrrads verbunden. Etwa mittig im mittleren Gehäuseteil 13 befindet sich ein radial nach innen ragender, leicht gekröpfter Zwischenring 16, der einstückig mit dem äußeren zylindrischen Abschnitt des Gehäuseteils 13 verbunden ist und zwischen dem Wolfromgetriebe 10 und dem Generator 9 angeordnet ist.The housing 8 of the 2 and 3 The tungsten gear 10 shown in detail comprises a substantially cylindrical central housing part 13 and two housing covers 14, 15 closing the housing part 13 at the front. The entire housing 8 is firmly connected to the frame of the bicycle. Approximately in the middle of the central housing part 13 there is a radially inwardly projecting, slightly cranked intermediate ring 16 which is connected in one piece to the outer cylindrical section of the housing part 13 and is arranged between the tungsten gear 10 and the generator 9 .

Die Welle 7 ist mit zwei Wälzlagern 17, 18, im vorliegenden Fall Kugellagern, die sich in den Gehäusedeckeln 14, 15 befinden, innerhalb der Getriebe-Generator-Baugruppe 2 gelagert. Die beiden Kugellager 17, 18 weisen einen nicht einheitlichen Durchmesser auf: Das getriebeseitige Kugellager 17 - in der Anordnung nach 2 links - hat einen größeren Durchmesser als das generatorseitige Kugellager 18. Im getriebeseitigen Kugellager 17 ist ein Hohlrad 19 gelagert, welches als eingangsseitiges Element des Wolfromgetriebes 10 fest mit der Welle 7 verbunden ist. Das Hohlrad 19 weist hierbei einen inneren zylindrischen Abschnitt 20 auf, welcher die Welle 7 umgibt. Der innere zylindrische Abschnitt 20 ist unmittelbar umgeben vom mit 21 bezeichneten Innenring des Kugellagers 17. Der zugehörige, mit 22 bezeichnete Außenring des Kugellagers 17 ist in den Gehäusedeckel 14 eingesetzt. An den inneren zylindrischen Abschnitt 20 schließt ein Scheibenabschnitt 23 des Hohlrades 19 an. Der Scheibenabschnitt 23 wiederum geht an seinem radial äußeren Rand in einen äußeren zylindrischen Abschnitt 24 des Hohlrades 19 über. Der äußere zylindrische Abschnitt 24 weist eine als Schrägverzahnung ausgebildete Innenverzahnung 25 auf. Mit der Innenverzahnung 25 kämmt eine Außenverzahnung 26, welche sich an einem mit 27 bezeichneten dickeren Abschnitt eines Planeten 28 befindet. Der Planet 28 ist als Stufenplanet ausgeführt und weist zusätzlich zu seinem dickeren Abschnitt 27 einen dünneren Abschnitt 29 auf, wobei zwischen den Abschnitten 27, 29 eine Ringnut 30 gebildet ist, die allgemein als ringförmige, verzahnungsfreie Einschnürung in der Mantelfläche des Planeten 28 bezeichnet wird.The shaft 7 is mounted within the gear generator assembly 2 with two roller bearings 17, 18, in the present case ball bearings, which are located in the housing covers 14, 15. The two ball bearings 17, 18 do not have a uniform diameter: the ball bearing 17 on the transmission side - in the arrangement 2 left - has a larger diameter than the generator-side ball bearing 18. In the gear-side ball bearing 17, a ring gear 19 is mounted, which is firmly connected to the shaft 7 as an input-side element of the tungsten gear 10. The ring gear 19 has an inner cylindrical section 20 which surrounds the shaft 7 . The inner cylindrical section 20 is directly surrounded by the inner ring of the ball bearing 17, designated 21. The associated outer ring of the ball bearing 17, designated 22, is inserted into the housing cover 14. A disc section 23 of the ring gear 19 adjoins the inner cylindrical section 20 . The disk section 23 in turn transitions at its radially outer edge into an outer cylindrical section 24 of the ring gear 19 . The outer cylindrical section 24 has internal teeth 25 designed as helical teeth. An external toothing 26 , which is located on a thicker section of a planet 28 denoted by 27 , meshes with the internal toothing 25 . The planet 28 is designed as a stepped planet and has a thinner section 29 in addition to its thicker section 27, with an annular groove 30 being formed between the sections 27, 29, which is generally referred to as an annular, tooth-free constriction in the lateral surface of the planet 28.

Eine mit 31 bezeichnete Verzahnung des dünneren Abschnitts 29 des Planeten 28 kämmt mit dem mit 32 bezeichneten Sonnenrad des Wolfromgetriebes 10. Das Sonnenrad 32 erstreckt sich über das Wolfromgetriebe 10 hinaus in den Bereich des Generators 9 und ist dort mit Hilfe zweier Kugellager 33, 34 auf der Welle 7 gelagert und vom Rotor 11 umgeben. Hierbei ist eine feste Verbindung zwischen dem Sonnenrad 32 und dem Rotor 11 gegeben.A toothing of the thinner section 29 of the planet 28, designated 31, meshes with the sun gear of the tungsten gear 10, designated 32. The sun gear 32 extends beyond the tungsten gear 10 into the area of the generator 9 and is held there with the help of two ball bearings 33, 34 mounted on the shaft 7 and surrounded by the rotor 11. Here, a fixed connection between the sun gear 32 and the rotor 11 is given.

Mehrere Planeten 28 sind in einem Planetenträger 35 geführt, welcher in Axialrichtung des Wolfromgetriebes 10 durch Anlaufscheiben 36, 37 abgestützt ist. Hierbei kontaktiert eine Anlaufscheibe 36 den Scheibenabschnitt 23 des Hohlrades 19, während die zweite Anlaufscheibe 37 den Zwischenring 16 des Gehäuses 8 kontaktiert. Der Zwischenring 16 ist wie das gesamte mittlere Gehäuseteil 13 aus einer Leichtmetall-Legierung gefertigt.A plurality of planets 28 are guided in a planet carrier 35 which is supported in the axial direction of the tungsten gear 10 by thrust washers 36, 37. A thrust washer 36 contacts the disk section 23 of the ring gear 19 , while the second thrust washer 37 contacts the intermediate ring 16 of the housing 8 . Like the entire middle housing part 13, the intermediate ring 16 is made of a light metal alloy.

Dem Planetenträger 35 sind ferner Bolzen 38 zuzurechnen, welche in Seitenscheiben 39, 40 des Planetenträgers 35 gehalten sind. Die Bolzen 38 sind Teil einer zweireihigen Nadellagerung 41, deren Wälzkörperreihen mit 42, 43 bezeichnet sind, wobei Nadeln 44, 45 als Wälzkörper der Reihen 42, 43 fungieren. Die Breite der Nadeln 44, 45 ist auf die Breite der Abschnitte 27, 29 abgestimmt. Zwischen den beiden Stirnseiten der Planeten 28, welche auf dem Bolzen 38 wälzgelagert sind, und den Seitenscheiben 39, 40 befinden sich Zwischenscheiben 46, 47.The planetary carrier 35 also includes bolts 38 which are held in side plates 39, 40 of the planetary carrier 35. The bolts 38 are part of a two-row needle bearing 41, whose rows of rolling elements are denoted by 42, 43, with needles 44, 45 acting as rolling elements of the rows 42, 43. The width of the needles 44, 45 is matched to the width of the sections 27, 29. Intermediate discs 46, 47 are located between the two end faces of the planets 28, which are mounted in roller bearings on the bolt 38, and the side discs 39, 40.

Die Verzahnung des Sonnenrades 32 ist entsprechend der Verzahnung 31 der Planeten 28 als Schrägverzahnung ausgeführt und mit 48 bezeichnet. Der Schrägungswinkel der Verzahnung 31 des Planeten 28 ist mit β₁, der Schrägungswinkel der Außenverzahnung 26 am dickeren Abschnitt 27 mit β₂ bezeichnet. Wie aus 5 hervorgeht, ist der Schrägungswinkel β₂ deutlich größer als der Schrägungswinkel β₁. Der Schrägungswinkel β₁ ist auch bei einer Innenverzahnung 49 eines gehäusefesten, das heißt nicht drehbaren Hohlrades 50 gegeben. Jeder Planet 28 weist eine mit MA bezeichnete Mittelachse auf und greift gleichzeitig in beide Hohlräder 19, 50 sowie in das Sonnenrad 32 ein.The toothing of the sun gear 32 is designed as a helical toothing corresponding to the toothing 31 of the planets 28 and is denoted by 48 . The helix angle of the teeth 31 of the planet 28 is denoted by β ₁ , and the helix angle of the external teeth 26 on the thicker section 27 is denoted by β ₂ . How out 5 shows that the helix angle β ₂ is significantly greater than the helix angle β ₁ . The helix angle β ₁ is also given in the case of internal teeth 49 of a ring gear 50 which is fixed to the housing, ie cannot be rotated. Each planet 28 has a central axis labeled MA and engages both ring gears 19, 50 and the sun gear 32 at the same time.

Insgesamt wird mit Hilfe der unterschiedlichen Schrägungswinkel β₁, β₂ erreicht, dass sich die verschiedenen, aus den Schrägverzahnungen 25, 26, 31, 48, 49 ergebenden, auf die Planeten 28 wirkenden Axialkräfte näherungsweise ausgleichen. In Axialrichtung wirken somit höchstens geringe Kräfte auf den Planetenträger 35, so dass dieser auch ohne als Wälzlagerung gestaltete Axiallagerung reibungsarm innerhalb des Wolfromgetriebes 10 rotiert. In für ein Wolfromgetriebe typischer Weise erfolgt am Planetenträger 35 weder eine Einspeisung noch eine Abnahme mechanischer Leistung. Das Wolfromgetriebe 10 zeichnet sich durch eine besonders schmale Bauform aus, so dass im Gehäuse 8 das Wolfromgetriebe 10 neben dem Generator 9 Platz findet. Aufgrund des hohen Übersetzungsverhältnisses des Wolfromgetriebes 10 ist auch der mit hohen Drehzahlen laufende Generator 9 platzsparend gestaltet. Ein im Vergleich etwa zu Stirnradgetrieben geringerer Wirkungsgrad des Wolfromgetriebes 10, welches für eine Übersetzung ins Schnellere eingesetzt wird, wird in Kauf genommen. Elektrische, nach außen geführte Anschlüsse der Getriebe-Generator-Baugruppe 2 sind in den Figuren nicht dargestellt. Ein mit der Welle 7 verbundenes Kettenblatt ist nicht vorhanden.Overall, with the help of the different helix angles β ₁ , β ₂ , the various axial forces resulting from the helical gears 25, 26, 31, 48, 49 and acting on the planets 28 are approximately balanced. The forces acting on the planetary carrier 35 in the axial direction are therefore at most small, so that it rotates with little friction within the tungsten gear 10 even without an axial bearing designed as a roller bearing. In a manner typical of a tungsten gear, neither a feed nor a removal of mechanical power takes place at the planetary carrier 35 . The tungsten gear 10 is characterized by a particularly narrow design, so that the tungsten gear 10 can be accommodated next to the generator 9 in the housing 8 . Because of the high transmission ratio of the tungsten gear 10, the generator 9 running at high speeds is also designed to save space. A lower degree of efficiency of the tungsten gear 10, which is used for speeding up the transmission, is accepted as compared to spur gears. Electrical connections of the transmission generator assembly 2 that are routed to the outside are not shown in the figures. A chain ring connected to the shaft 7 is not available.

BezugszeichenlisteReference List

11: Fahrradantriebbicycle drive
22: Getriebe-Generator-BaugruppeGear generator assembly
33: Pedalantriebpedal drive
44: Pedalpedal
55: Tretkurbelcrank
66: Armpoor
77: WelleWave
88th: GehäuseHousing
99: Generatorgenerator
1010: Wolfromgetriebetungsten gears
1111: Rotorrotor
1212: Statorstator
1313: mittleres Gehäuseteilmiddle part of the housing
1414: Gehäusedeckelhousing cover
1515: Gehäusedeckelhousing cover
1616: Zwischenringintermediate ring
1717: Wälzlager, Kugellagerroller bearings, ball bearings
1818: Walzlager, Kugellagerroller bearing, ball bearing
1919: Hohlrad, drehbarRing gear, rotatable
2020: innerer zylindrischer Abschnittinner cylindrical section
2121: Innenringinner ring
2222: Außenringouter ring
2323: Scheibenabschnittslice section
2424: äußerer zylindrischer Abschnittouter cylindrical section
2525: Innenverzahnung des drehbaren HohlradesInternal gearing of the rotatable ring gear
2626: Außenverzahnung des dickeren Abschnitts des PlanetenExternal gearing of the thicker section of the planet
2727: dickerer Abschnittthicker section
2828: Planetplanet
2929: dünnerer Abschnittthinner section
3030: Ringnutring groove
3131: Verzahnung des dünneren AbschnittsInterlocking of the thinner section
3232: Sonnenradsun gear
3333: Kugellagerball-bearing
3434: Kugellagerball-bearing
3535: Planetenträgerplanet carrier
3636: Anlaufscheibethrust washer
3737: Anlaufscheibethrust washer
3838: Bolzenbolt
3939: Seitenscheibeside window
4040: Seitenscheibeside window
4141: Nadellagerungneedle bearing
4242: Wälzkörperreiherow of rolling elements
4343: Wälzkörperreiherow of rolling elements
4444: Nadelneedle
4545: Nadelneedle
4646: Zwischenscheibewasher
4747: Zwischenscheibewasher
4848: Schrägverzahnung des SonnenradsHelical gearing of the sun gear
4949: Innenverzahnung des gehäusefesten HohlradesInternal toothing of the ring gear fixed to the housing
5050: gehäusefestes Hohlrad ring gear fixed to the housing
β1β1: Schrägungswinkelhelix angle
β2β2: Schrägungswinkelhelix angle
MAMA: Mittelachse eines Planetencentral axis of a planet

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 19845182 A1 [0002]
DE 102012211286 A1 [0004]
DE 202009018547 U1 [0004]
DE 102019203257 B3 [0004]
EP 2146112 A1 [0005]
DE 19720255 A1 [0006]
DE 102011082082 A1 [0024]
DE 19600698 A1 [0024]

Claims

Tungsten gear, with a sun gear (32), a planetary set which comprises a number of planets (28), each having sections (27, 29) of different diameters, and with a first, non-rotatable ring gear (50) and a second, rotatable Ring gear (19), which has an inner diameter that differs from the first ring gear (50), the sun gear (21) only meshing with one of the different sections (27, 29) of the planets (28) and the different sections (27, 29) of the Planets (28) mesh with the various ring gears (19, 50), characterized in that the teeth (25, 26, 31, 48, 49) of the sun gear (32), the planets (28) and the ring gears (19, 50) are designed as helical gears, the gears (26, 31) of the different sections (27, 29) of the planets (28) in the same sense, but with different helix angles (β ₁ , β ₂ ) relative to the planetary center axis (MA) are skewed.

Tungsten gear after claim 1 , characterized in that the larger helix angle (β ₂ ) is at least 1.05 times and at most 1.35 times the smaller helix angle (β ₁ ).

Tungsten gear after claim 1 or 2 , characterized in that the central axes of the sun gear (32), all the planets (28) and the two ring gears (19, 50) are aligned parallel to one another.

Tungsten gears according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the planetary section (29) of smaller diameter is separated from the planetary section (27) of larger diameter by an annular, tooth-free constriction (30) in the outer surface of the relevant planet (28).

Tungsten gear after claim 4 , characterized in that the planet (28) is mounted on a bolt (38) by means of a two-row needle bearing (41), two spaced-apart rows of rolling elements (42, 43) each being within one of the two helically toothed sections (27, 29) of the Planets (28) are located and the length of the rolling elements (44, 45), i.e. needles, of the width of the associated helical toothed section (27, 29) of the planet (28) to be measured in the axial direction of the planet (28) by no more than 20% different.

Tungsten gears according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the planetary sections (29) mesh with the smaller diameter with the sun gear (32) and with the fixed ring gear (50) and the planetary sections (27) larger diameter with the rotatable ring gear (19).

Tungsten gears according to one of Claims 1 until 6 , characterized by thrust washers (36, 37) arranged on the end faces of the planetary gear set.

Tungsten gear after claim 7 , characterized in that a first thrust washer (36) runs against a planet carrier (35) guiding the planets (28) on the one hand and against a surrounding component (16) made of light metal on the other hand, whereas a further thrust washer (37) on the one hand on the planet carrier (35) and on the other hand, the rotatable ring gear (19) starts.

Bicycle drive, comprising two electrical machines (9), namely a generator (9) which can be actuated by a pedal drive and an electric motor which is mechanically separate therefrom and is provided as a traction motor, and at least one tungsten gear (10) coupled to one of the electrical machines (9) according to one of the Claims 1 until 8th .

bicycle drive after claim 9 , characterized in that the Wolfrom gear (10) is designed as a transmission gear mechanically interacting with the pedal drive, the rotatable ring gear (19) being provided as the drive element and the sun gear (32) as the output element.