CH706897A2 - 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 dementsprechend 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 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 DE 3 525 059 A, FR-2 264 676 A oder auch auf die WO 9 855 353 A verwiesen. 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, das vom Elektromotor angetrieben wird, 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 Drehzahlverhältnisses zwischen Muskelkraftantrieb und -abtrieb die notwendigen Schaltvorgänge während des Fahrens zu reduzieren.

[0006] Ebenso liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrrad zu schaffen, das Muskelkraft und Elektroantrieb so kombiniert, dass die Drehzahlen addiert werden und dass daher aufgrund der Drehzahladdition – schneller gefahren werden kann als mit Muskelkraft allein.

[0007] 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 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.

[0008] 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.

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] Der Freilauf zwischen Kassettenkörper und dem Aussenring des Planetengetriebes kann wahlweise auch als manuell schaltbarer Freilauf ausgebildet sein.

[0012] Die vorgeschlagene Lösung bildet eine robuste, kompakte Hinterradnabe mit einer sehr komfortablen stufenlos veränderbaren Drehzahlwandlung, welche die notwendigen Schaltvorgänge während des Fahrens reduziert, und die auf einem elementaren, zuverlässigen Planetengetriebe basiert. Sie ist daher sehr einfach herzustellen und zuverlässig im Betrieb.

[0013] Ferner ist die Nabe einfach zu montieren und das Spiel aller in der Nabe verwendeten Kugellager lässt sich über ein einstellbares Konuslager einstellen.

[0014] Die beiden Antriebsquellen Muskelkraft und Elektroantrieb können unabhängig mit jeweils völlig unterschiedlichen Drehzahlen antreiben.

[0015] 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.

[0016] Es zeigen die <tb>Fig. 1<SEP>das Planetengetriebe <tb>Fig. 2<SEP>das Planetengetriebe nach Fig. 1 in eingebauter Anordnung.

[0017] Die Fig. 1 und 2 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 ist als feststehende Achse 7 ausgebildet, auf der das Sonnenrad 3 drehbar lagert. Das Planetengetriebe ist von einem Nabengehäuse 1 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 Aussenring 12 läuft, während der Planetenträger 2 drehfest mit dem Nabengehäuse des zu treibenden Rades verbunden ist.

[0018] Der Planetenträger 2 ist wie in der dargestellten Ausführung aus zwei flanschförmigen Teilen 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».

[0019] Das Gehäuse ist nicht feststehend, sondern dreht sich mit dem Rad. Die zentrale Achse 7 ist feststehend.

[0020] 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 hierfür eine Innenverzahnung auf. In der entsprechenden Drehrichtung wird das Drehmoment der Muskelkraft mittels Sperrklinken auf die Innenverzahnung des Aussenrings 12 übertragen.

[0021] In der dargestellten Ausführung sind das Sonnenrad 3 und der das Drehmoment des Elektromotors übertragende Sonnenradhalter 4, sowie der Antriebsflansch 8 als separate Teile ausgebildet. Sie können jedoch ebenso in einem oder 2 entsprechenden Bauteilen ausgebildet sein. In dieser Ausführung überträgt der Sonnenradhalter 4 das Drehmoment des Elektroantriebs mittels auf seiner Innenseite liegender Sperrklinken auf die entsprechende Verzahnung 13 des Sonnenrades und bildet so einen weiteren, fakultativen Freilauf.

[0022] In einer weiteren, nicht speziell dargestellten Ausführung ist zwischen der zentralen Achse 7 und dem durch die Muskelkraft angetriebenen Aussenring 6 ein weiterer Freilauf 14 angeordnet, der eine Rückwärtsdrehung des durch die Muskelkraft angetriebenen Universums (innenverzahlter Aussenring) verhindert.

[0023] 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, oder Nadellager zur Lagerung des Aussenrings 12 – Nadellager 11 unter dem Sonnenrad 3, – ein inneres Lager zur Lagerung des Kassettenkörpers 6 auf der zentralen Achse 7, – äusseres Lager zur Lagerung des Kassettenkörpers 6 auf der zentralen Welle (hier als Konuslager mit Konus 10 ausgebildet) – Kugellager 15 auf dem Kassettenkörper 6, zur Lagerung des Aussenringes 12 und damit des Nabengehäuses (rechte Seite) auf dem Kassettenkörper 6.

Bezugszeichenliste:

[0024] <tb>1<SEP>Radnabe (Nabengehäuse) <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 innenverzahnten Aussenrings (Universum) <tb>10<SEP>Konus(lager) Stellkonus L und R <tb>11<SEP>Lager unter dem Sonnenrad (Nadellager) <tb>12<SEP>Aussenring <tb>13<SEP>Freilauf (-Verzahnung) des Sonnenrades <tb>14<SEP>Freilauf <tb>15<SEP>Kugellager (Lagerung Nabengehäuse auf Kassettenkörper

Claims (11)

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 sich auf dem Sonnenrad (3) oder einem Sonnenradhalter (4) und andererseits auf einem Kassettenkörper (6) oder einem darauf drehgelagerten Aussenring (12) läuft, 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 aufweist, der auf dem Sonnenrad (3) gelagert ist und auf der anderen Seite einen zweiten Flansch zur feststehenden Achse (7) gerichtet aufweist (der auf der Achse (7) selbst gelagert ist, während die Planetenräder auf Achsen zwischen diesen Flanschen gelagert sind.

7. Planetengetriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kassettenkörper (6) und dem Universum (innenverzahnter Aussenring des Planetengetriebes) ein Freilauf angeordnet ist.

8. Planetengetriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kassettenkörper (6) und dem Aussenring (12), bzw. dem Nabengehäuse ein Freilauf angeordnet ist.

9. Planetengetriebe nach mindestens einem der Ansprüche 7 und 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.

10. Planetengetriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf zwischen Kassettenkörper und Universum (innenverzahnter Aussenring der Planetengetriebes) manuell geschaltet werden kann.

11. Planetengetriebe nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zentralen Achse und dem Aussenring ein Freilauf angeordnet ist, der eine Rückwärtsdrehung des innenverzahnten Aussenringes (Universum) verhindert.