CH705522A2 - Planetengetriebe für ein Hybridfahrrad. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Planetengetriebe für ein Fahrrad, insbesondere ein Hybridfahrrad mit einem gemischten Antrieb mittels Muskelkraft und Hilfsmotor. Dabei sollen Wälzverluste verringert werden und entsprechend der übertragbare Leistungsanteil gesteigert werden. Dies ist gelöst, indem der Hilfsmotor ein Sonnenrad (3) treibt und die Muskelkraft auf das Universum wirkt, wobei der Antrieb auf das zu treibende Rad des Hybridfahrrades über den Planetenträger (2) erfolgt, wobei die Radnabe (1) als feststehende Achse (7) gestaltet ist, auf der das Sonnenrad (3) drehbar lagert und dass das Getriebe von einem Nabengehäuse umgeben ist, welches seitlich über Kugellager (5) direkt oder mittelbar einerseits sich auf dem Sonnenrad (3) oder einem Sonnenradhalter (4) und andererseits auf einem Kassettenkörper (6) oder einem darauf drehgelagerten Aussenring läuft, während der Planetenträger (2) drehfest mit dem Nabengehäuse des zu treibenden Rades verbunden ist.

Description

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Planetengetriebe für ein Hybridfahrrad mit einem gemischten Antrieb mittels Muskelkraft und Hilfsmotor, indem der Hilfsmotor das Sonnenrad treibt und die Muskelkraft auf das Universum wirkt, wobei der Antrieb auf das zu treibende Rad des Hybridfahrrades über den Planetenträger erfolgt.

[0002] Hybridfahrräder sind an sich schon seit über 100 Jahren bekannt. So zeigt bereits die französische Patentschrift FR 332 571 A einen Fahrradantrieb bei dem das anzutreibende Rad von einem Elektromotor über einen Keilriemen auf der einen Seite der stehenden Achse wirkt, während die Muskelkraft auf der anderen Seite des anzutreibenden Rades angeordnet ist und beide Antriebe auf eine Hohlwelle wirken, welche von einer feststehenden Achse durchsetzt ist, wobei die Hohlwelle die Nabe des anzutreibenden Rades bildet. Eine Vielzahl der heute üblichen Hybridfahrräder kombiniert den Elektromotor direkt im Nabenbereich, wodurch gewisse Reibungsverluste vermieden werden können, andererseits aber eine Überlagerung der beiden Antriebsarten sich kaum optimal lösen lassen. In vielen Fällen muss der Elektrobetrieb bewusst zugeschaltet werden, und somit wird diesbezüglich insbesondere auf die folgenden Dokumente verwiesen, DE 3 525 059 A, FR-2 264 676 A oder auch auf die WO 9 855 353 A. In ähnlicher Weise zeigt schliesslich die niederländische Patentanmeldung NL 7 611 405 eine kombinierte Lösung mit einem Elektromotor in der Nabe des anzutreibenden Rades, kombiniert mit einem Planetengetriebe, was an sich die Möglichkeit offen lässt, um beide Antriebsarten ständig synchron zu überlagern.

[0003] Die vorliegende Erfindung geht jedoch von der Lösung gemäss der EP 0 500 821 B aus. Diese Lösung optimiert die Kombination der beiden Antriebsarten, wobei eine Addition der erbrachten Leistungen praktisch mit äusserst geringen Verlusten erbracht wird. Diese Lösung hat sich seit vielen Jahren bewährt und ist tausendfach im Einsatz. Bei der hier dargestellten Lösung wird die Radachse durch eine zentrale Nabe mit einem Flansch gebildet, der drehfest mit dem Planetenträger verbunden ist, der wiederum am anzutreibenden Rad befestigt ist. Das Sonnenrad auf dem der Elektromotor wirkt ist drehbar auf der Nabe gelagert. Der Muskelantrieb erfolgt über das Universum dieses Planetengetriebes und dieses Universum ist wiederum drehbar auf der zentralen Nabe gelagert. Da die Nabe selbst dreht muss dieses wiederum in Lagerschalen gelagert werden, die mit einem Zapfen versehen sind, der den stehenden Teil bildet der mit dem Fahrradrahmen verbunden ist. Diese Lösung besitzt gewisse Nachteile. Zum einen müssen diese ruhenden Zapfen mit den Lagerschalen, in denen die zentrale Nabe ruht, eine gewisse Grösse haben die üblicherweise grösser ist als die genormten aufnahmen an den bekannten Fahrradrahmen und durch die zusätzliche Lagerung wird eine erhöhte Instabilität bewirkt.

[0004] Es ist folglich die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Planetengetriebe für ein Hybridfahrrad gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 so zu verbessern, dass diese Instabilität vermieden werden kann, ohne dabei die Vorteile der bisher bekannten Lösung zu verlieren.

[0005] Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, aufgrund des stufenlos veränderbaren Drehzahlverhä1tnisses zwischen Muskelkraftantrieb und -abtrieb die notwendigen Schaltvorgänge während des Fahrens zu reduzieren. Ebenso liegt der Erfindung die Ausgabe zugrunde ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrrad zu schaffen, das Muskelkraft und elektrischen Antrieb so kombiniert, dass die Drehzahlen addiert werden und dass daher - aufgrund der Drehzahladdition - schneller gefahren werden kann als mit Muskelkraft allein.

[0006] Diese Aufgabe löst ein Planetengetriebe der eingangs genannten Art, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Radnabe als feststehende Achse gestaltet ist, auf der das Sonnenrad drehbar lagert und das Getriebe von einem Nabengehäuse umgeben ist, welches seitlich über Kugellager direkt oder mittelbar einerseits sich auf dem Sonnenrad oder sich auf einem Sonnenradhalter und andererseits auf einem Kassettenkörper oder einem darauf gelagerten Aussenring läuft, während der Planetenträger drehfest mit dem Nabengehäuse des zu treibenden Rades verbunden ist.

[0007] Durch einen Stellkonus kann das Lagerspiel des Schrägkugellagers eingestellt werden. Damit werden zugleich auch die Kugellager der indirekten Lagerung des Nabengehäuses auf dem Sonnenradhalter und dem Kassettenkörper eingestellt.

[0008] Die Verwendung eines Planetengetriebes in der Hinterachse ermöglicht eine stufenlose Drehzahlwandlung zwischen den Tretkurbeln und dem angetriebenen Hinterrad. Ebenso ist ein Betrieb des Fahrrades allein durch Muskelkraft möglich, ohne dass dabei Verluste durch mitdrehende Antriebselemente auftreten. Zu diesem Zweck ist ein Freilauf vorgesehen zwischen Kassettenkörper und Aussenring, sowie ein Freilauf zwischen Kassettenkörper und Nabengehäuse, der bei Betrieb allein durch Muskelkraft das Drehmoment des Kassettenkörpers direkt auf das Nabengehäuse überträgt.

[0009] Bei Zuschalten des Elektromotors wird durch diesen der Antriebsflansch des Sonnenrades angetrieben und der Drehzahl der Muskelkraft überlagert, sodass am Planetenträger eine höhere Drehzahl resultiert und besagter Freilauf überholt wird.

[0010] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor und deren Bedeutung und Wirkungsweise wird in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die anliegende Zeichnung erläutert.

[0011] Es zeigt: <tb>Fig. 1:<sep>ein Planetengetriebe <tb>Fig. 2<sep>das Planetengetriebe nach Fig. 1in eingebauter Anordnung.

[0012] Die Figuren zeigen ein Planetengetriebe für ein Hybridfahrrad mit einem gemischten Antrieb mittels Muskelkraft und Hilfsmotor. Der Hilfsmotor treibt dabei ein Sonnenrad 3 und die Muskelkraft wirkt auf das Universum, wobei der Antrieb auf das zu treibende Rad des Hybridfahrrades über den Planetenträger 2 erfolgt. Die Radnabe 1 ist als feststehende Achse 7 ausgebildet, auf der das Sonnenrad 3 drehbar lagert. Das Planetengetriebe ist von einem Nabengehäuse umgeben, welches seitlich über Kugellager 5 (= Innenring des Lagers, Aussenring am Nabengehäuse) direkt oder mittelbar einerseits auf dem Sonnenrad 3 oder einem Sonnenradhalter 4 und andererseits auf einem zugleich den Innenring bildenden Kassettenkörper 6 mittels einem darauf drehgelagerten

[0013] Aussenring 12 läuft, während der Planetenträger 2 drehfest mit dem Nabengehäuse des zu treibenden Rades verbunden ist. Der Kassettenkörper 6 überträgt das Drehmoment der Muskelkraft mittels des Freilaufs (..) auf den Flansch 9 des innenverzahnten Aussenrings 12.

[0014] Der Planetenträger 2 ist wie dargestellt, aus zwei flanschförmigen Teilen 8, 9 aufgebaut, mit dazwischen liegenden Planetenrädern. Der Planetenträger 2 hängt aufgrund der Verzahnung im Nabengehäuse, ist also nicht auf der Achse 7 gelagert, sondern wird vom Nabengehäuse «getragen».

[0015] Für den Fahrbetrieb ohne Elektromotor überträgt ein weiterer Freilauf das Drehmoment direkt vom Kassettenkörper 6 auf das Nabengehäuse 1, oder wie in der dargestellten Ausführung auf den Aussenring 12, der fest mit dem Nabengehäuse verbunden ist, z.B. mittels einer Schraubverbindung. Der Aussenring 12 weist ferner eine Innenverzahnung auf. In der entsprechenden Drehrichtung wird das Drehmoment der Muskelkraft mittels Sperrklinken auf die Innenverzahnung des Aussenrings 12 übertragen.

[0016] In der dargestellten Ausführung sind das Sonnenrad und der das Drehmoment des Elektromotors übertragende Sonnenradhalter, sowie der Antriebsflansch 8 als separate Bauteile ausgebildet. Sie können jedoch ebenso in einem oder 2 entsprechenden Bauteilen ausgebildet sein.

[0017] Die Lager sind Konuslager 10 für die Lagerung der Baueinheit Sonnenrad-Antriebsflansch mit Stellkonus auf der zentralen Achse. Kugellager 5 auf dem Antriebsflansch des Sonnenrades 3, auf welchem die linke Seite des Nabengehäuses gelagert ist, Nadellager 13 unter dem Sonnenrad 3, Kugellager 5 oder Nadellager zur Lagerung des Aussenrings ein inneres Lager zur Lagerung des Kassettenkörpers 6 auf der zentralen Achse 7, äusseres Lager zur Lagerung des Kassettenkörpers 6 auf der zentralen Welle (als Konuslager ausgebildet, Kugellager andere Zahl vergeben, da diese schon für die Gegenseite vergeben ist. auf dem Kassettenkörper 6, zur Lagerung des Nabengehäuses (rechte Seite) auf dem Kassettenkörper 6.

Bezugszeichenliste:

[0018] <tb>1<sep>Radnabe <tb>2<sep>Planetenträger <tb>3<sep>Sonnenrad <tb>4<sep>Sonnenradhalter <tb>5<sep>Kugellager <tb>6<sep>Kassettenkörper <tb>7<sep>Achse <tb>8<sep>Flansch <tb>9<sep>Flansch des Aussenrings <tb>10<sep>Konuslager L <tb>11<sep>Konuslager R <tb>12<sep>Aussenring <tb>13<sep>Nadellager unter Sonnenrad

Claims (9)

1. Planetengetriebe für ein Hybridfahrrad mit einem gemischten Antrieb mittels Muskelkraft und Hilfsmotor, indem der Hilfsmotor das Sonnenrad treibt und die Muskelkraft auf das Universum wirkt, wobei der Antrieb auf das zu treibende Rad des Hybridfahrrades über den Planetenträger (2) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Radnabe (1) als feststehende Achse (7) gestaltet ist, auf der das Sonnenrad (3) drehbar lagert und das Getriebe von einem Nabengehäuse umgeben ist, welches seitlich über Kugellager (5) direkt oder mittelbar einerseits auf dem Sonnenrad (3) oder einem Sonnenradhalter (4) und andererseits auf einem das Drehmoment der Muskelkraft übertragenden Kassettenkörper (6) dem durch die Muskelkraft angetriebenen Aussenring des Planetengetriebes drehbar lagert, während der Planetenträger (2) drehfest mit dem Nabengehäuse des zu treibenden Rades verbunden ist.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der feststehenden Achse (7) beidseitig Stellkopien aufgeschraubt sind, die auf Schrägkugellager drücken, wobei auf einer Seite ein erstes Schrägkugellager auf das Sonnenrad (3) oder den Sonnenradhalter (4) gedrückt wird und auf der anderen Seite ein zweites Schrägkugellager auf den Kassettenkörper (6) drückt.

3. Planetengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits ein drittes Schrägkugellager zwischen Sonnenrad (3) oder Sonnenradhalter (4) und dem Nabengehäuse angeordnet ist und andererseits ein viertes Schrägkugellager zwischen dem Kassettenkörper (6) und dem Nabengehäuse direkt oder indirekt lagert.

4. Planetengetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die indirekte Lagerung des vierten Schrägkugellagers über den am Nabengehäuse befestigten Aussenring (12) erfolgt.

5. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenkörper vom Nabengehäuse gebildet ist.

6. Planetengetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabengehäuse auf einer Seite einen zur feststehenden Achse (7) gerichteten ersten Flansch (8) aufweist, der auf dem Sonnenrad (3) gelagert ist und auf der anderen Seite einen zweiten Flansch (9) zur feststehenden Achse (7) gerichtet aufweist der auf der Achse (7) selbst gelagert ist, während die Planetenräder an diesem zweiten Flansch (9) gelagert sind.

7. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kassettenkörper (6) und dem Universum ein Freilauf angeordnet ist.

8. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kassettenkörper (6) und dem Aussenring (12) oder dem Nabengehäuse ein Freilauf angeordnet ist.

9. Planetengetriebe nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass beide Freiläufe konzentrisch übereinander angeordnet sind, wobei der zum Kassettenkörper (6) und Universum angeordnete Freilauf innen und der zwischen Kassettenkörper (6) und Aussenring (12) angeordnete Freilauf aussen liegt.