CH706897A2

CH706897A2 - Planetary gear for hybrid bicycle, has sun gear holder which is rotatably mounted on outer ring, while planet carrier is rotatably connected with to-be-driven wheel of wheel hub enclosed with gear mechanism

Info

Publication number: CH706897A2
Application number: CH02778/12A
Authority: CH
Inventors: Michael Kutter
Original assignee: Michael Kutter
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-03-14

Abstract

The planetary gear has a wheel hub (1) which is made of several axles (7) through which the drive of the wheel of the hybrid bicycle is performed through a planet carrier (2). A sun gear (3) is mounted on the wheel hub rotatably, in which a gear mechanism is arranged directly or indirectly and is enclosed by the wheel hub through ball bearings. A sun gear holder (4) is rotatably mounted on an outer ring (12), while the planet carrier is rotatably connected with the to-be-driven wheel of the wheel hub.

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. The present invention relates to a planetary gear for a hybrid bicycle with a mixed drive by means of muscle power and auxiliary motor by the auxiliary motor drives the sun gear and the muscle power acts on the universe, the drive is made to the driven wheel of the hybrid bicycle on the planet carrier.

[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. Hybrid bicycles are already known for over 100 years. For example, French patent specification FR 332 571 A already shows a bicycle drive in which the wheel to be driven acts by an electric motor via a V-belt on one side of the standing axle, while the muscular force is arranged on the other side of the driven wheel and both drives on a hollow shaft act, which is penetrated by a fixed axis, wherein the hollow shaft forms the hub of the driven wheel. A variety of hybrid bicycles common today combine the electric motor directly in the hub area, whereby certain friction losses can be avoided, but on the other hand, a superposition of the two types of drive can hardly be optimally solved. In many cases, the electrical operation must be deliberately switched on, and so reference is made in this regard in particular to the following documents DE 3 525 059 A, FR-2 264 676 A or also to WO 9 855 353 A. Similarly, Dutch patent application NL 7 611 405 finally shows a combined solution with an electric motor in the hub of the driven wheel, combined with a planetary gear, which in itself leaves open the possibility to constantly synchronize both types of drive synchronously.

[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. However, the present invention is based on the solution according to EP 0 500 821 B. This solution optimizes the combination of the two types of drive, with an addition of the services provided is provided practically with extremely low losses. This solution has been proven for many years and is in use thousands of times. In the solution shown here, the wheel axle is formed by a central hub with a flange which is rotatably connected to the planet carrier, which in turn is attached to the driven wheel. The sun gear, which is driven by the electric motor, is rotatably mounted on the hub. The muscle is driven by the universe of this planetary gear and this universe is in turn rotatably mounted on the central hub. Since the hub rotates itself this in turn must be stored in bearing shells, which are provided with a pin which forms the stationary part which is connected to the bicycle frame. This solution has certain disadvantages. On the one hand, these resting pins with the bearing shells, in which the central hub rests, have a certain size which is usually larger than the standard receptacles on the known bicycle frame and the additional storage increased instability is effected.

[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. It is therefore the object of the present invention to improve a planetary gear for a hybrid bicycle according to the preamble of claim 1 so that this instability can be avoided without losing the benefits of the previously known solution.

[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. Furthermore, the invention has for its object to reduce the necessary switching operations during driving due to the continuously variable speed ratio between muscle power and output.

[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. Likewise, the invention has the object to provide a vehicle, especially an electric bicycle, the muscle power and electric drive combined so that the speeds are added and therefore due to the speed addition - can be driven faster than muscle power alone.

[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. This object is achieved by a planetary gear of the aforementioned type, which is characterized in that the hub is designed as a fixed axis on which rotatably supports the sun gear and the transmission is surrounded by a hub shell, which laterally via ball bearings directly or indirectly on the one hand on the sun gear or on a Sonnenradhalter and on the other hand on a cassette body or mounted thereon outer ring, while the planet carrier rotatably connected to the hub shell of the wheel to be driven.

[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. By a setting cone, the bearing clearance of the angular contact ball bearing can be adjusted. At the same time, the ball bearings of the indirect mounting of the hub shell on the sun wheel holder and the cartridge body are adjusted at the same time.

[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. The use of a planetary gear in the rear axle allows a stepless speed conversion between the cranks and the driven rear wheel. Likewise, an operation of the bicycle is possible only by muscle power without causing losses due to co-rotating drive elements. For this purpose, a freewheel is provided between the cartridge body and outer ring, and a freewheel between the cartridge body and hub shell, which transmits the torque of the cartridge body directly to the hub shell in operation solely by muscle power.

[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. When switching on the electric motor is driven by this the drive flange of the sun gear and superimposed on the speed of muscle power, so that the planet carrier results in a higher speed and said freewheel is overhauled.

[0011] Der Freilauf zwischen Kassettenkörper und dem Aussenring des Planetengetriebes kann wahlweise auch als manuell schaltbarer Freilauf ausgebildet sein. The freewheel between the cartridge body and the outer ring of the planetary gear can optionally be designed as a manually switchable freewheel.

[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. The proposed solution forms a robust, compact rear hub with a very comfortable infinitely variable speed conversion, which reduces the necessary switching operations while driving, and which is based on an elementary, reliable planetary gear. It is therefore very easy to manufacture and reliable in operation.

[0013] Ferner ist die Nabe einfach zu montieren und das Spiel aller in der Nabe verwendeten Kugellager lässt sich über ein einstellbares Konuslager einstellen. Further, the hub is easy to install and the game of all ball bearings used in the hub can be adjusted via an adjustable taper bearing.

[0014] Die beiden Antriebsquellen Muskelkraft und Elektroantrieb können unabhängig mit jeweils völlig unterschiedlichen Drehzahlen antreiben. The two power sources muscle power and electric drive can independently drive each with completely different speeds.

[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. Further advantageous embodiments of the subject invention will become apparent from the dependent claims and their meaning and effect will be explained in the following description with reference to the accompanying drawings.

[0016] Es zeigen die <tb>Fig. 1<SEP>das Planetengetriebe <tb>Fig. 2<SEP>das Planetengetriebe nach Fig. 1 in eingebauter Anordnung.It show the <Tb> FIG. 1 <SEP> the planetary gear <Tb> FIG. 2 <SEP> the planetary gear according to Fig. 1 in an installed arrangement.

[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. Figs. 1 and 2 show a planetary gear for a hybrid bicycle with a mixed drive by muscle power and auxiliary engine. The auxiliary engine drives a sun gear 3 and the muscle power acts on the universe, wherein the drive takes place on the wheel to be driven of the hybrid bicycle via the planet carrier 2. The wheel hub is formed as a fixed axis 7, on which the sun gear 3 rotatably supports. The planetary gear is surrounded by a hub shell 1, which laterally via ball bearings 5 (= inner ring of the bearing, outer ring on the hub shell) directly or indirectly on the one hand on the sun gear 3 or a Sonnenradhalter 4 and on the other hand on a simultaneously forming the inner ring cassette body 6 by means of a rotatably mounted thereon Outer ring 12 runs while the planet carrier 2 is rotatably connected to the hub shell of the wheel to be driven.

[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». The planet carrier 2 is constructed as in the illustrated embodiment of two flange-shaped parts, with intermediate planet gears. The planet carrier 2 depends on the teeth in the hub shell, so it is not supported on the axle 7, but is "supported" by the hub shell.

[0019] Das Gehäuse ist nicht feststehend, sondern dreht sich mit dem Rad. Die zentrale Achse 7 ist feststehend. The housing is not fixed, but rotates with the wheel. The central axis 7 is fixed.

[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. For driving without electric motor, another freewheel transmits the torque directly from the cartridge body 6 to the hub shell 1, or as in the illustrated embodiment, on the outer ring 12 which is fixedly connected to the hub shell, e.g. by means of a screw connection. The outer ring 12 has for this purpose an internal toothing. In the corresponding direction of rotation of the torque of muscle power is transmitted by means of pawls on the inner toothing of the outer ring 12.

[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. In the illustrated embodiment, the sun gear 3 and the torque of the electric motor transmitting Sonnenradhalter 4, and the drive flange 8 are formed as separate parts. However, they may also be formed in one or two corresponding components. In this embodiment, the Sonnenradhalter 4 transmits the torque of the electric drive means lying on its inner pawls on the corresponding teeth 13 of the sun gear, thus forming a further, optional freewheel.

[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. In a further, not specifically shown embodiment, a further freewheel 14 is disposed between the central axis 7 and driven by the muscle outer race 6, which prevents a reverse rotation of the driven by the muscle universe (inner-paid outer ring).

[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. The bearings are - cone bearing 10 for the storage of the sun gear drive flange assembly with adjusting cone on the central axis. - Ball bearing 5 on the drive flange of the sun gear 3, on which the left side of the hub shell is mounted, or needle roller bearings for supporting the outer ring 12th Needle bearing 11 under the sun gear 3, An inner bearing for supporting the cassette body 6 on the central axis 7, Outer bearing for supporting the cassette body 6 on the central shaft (here designed as cone bearing with cone 10) - Ball bearing 15 on the cassette body 6, for supporting the outer ring 12 and thus the hub shell (right side) on the cassette body. 6

Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS

[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[0024] <tb> 1 <SEP> Wheel Hub (Hub Body) <Tb> 2 <September> planet carrier <Tb> 3 <September> sun <Tb> 4 <September> Sonnenradhalter <Tb> 5 <September> Ball Bearings <Tb> 6 <September> cassette body <Tb> 7 <September> axis <Tb> 8 <September> flange <tb> 9 <SEP> Internally toothed outer race flange (Universe) <tb> 10 <SEP> Cone (bearing) Stellkonus L and R <tb> 11 <SEP> Bearing under sun gear (needle bearing) <Tb> 12 <September> outer ring <tb> 13 <SEP> Freewheel (toothing) of the sun gear <Tb> 14 <September> freewheel <tb> 15 <SEP> Ball Bearings (Hub Carriage Housing on Cartridge Body

Claims

A planetary gear for a hybrid bicycle with a mixed drive by means of muscle power and auxiliary motor by the auxiliary motor drives the sun gear and the muscle force acts on the universe, wherein the drive to the driven wheel of the hybrid bicycle via the planet carrier (2), characterized in that the wheel hub (1) is designed as a fixed axle (7) on which the sun gear (3) rotatably supports and the gear is surrounded by a hub shell, which laterally via ball bearings (5) directly or indirectly on the sun gear (3 ) or a Sonnenradhalter (4) and on the other hand on a cassette body (6) or rotatably mounted on an outer ring (12), while the planet carrier (2) is rotatably connected to the hub shell of the wheel to be driven.

2. Planetary gear according to claim 1, characterized in that on the fixed axis (7) screwed on both sides Stellkopien that press on angular contact ball bearings, on one side a first angular contact ball bearing on the sun gear (3) or Sonnenradhalter (4) is pressed and on the other side presses a second angular contact ball bearing on the cassette body (6).

3. planetary gear according to claim 2, characterized in that on the one hand a third angular contact ball bearing between sun gear (3) or Sonnenradhalter (4) and the hub shell is arranged and on the other hand a fourth angular contact ball bearing between the cartridge body (6) and the hub shell directly or indirectly superimposed.

4. planetary gear according to claim 3, characterized in that the indirect mounting of the fourth angular contact ball bearing via the hub housing attached to the outer ring (12).

5. Planetary gear according to claim 1, characterized in that the planetary body is formed by the hub shell.

6. Planetary gear according to claim 5, characterized in that the hub shell on one side to the fixed axis (7) directed first flange which is mounted on the sun gear (3) and on the other side a second flange to the fixed axis (7 ) (which is mounted on the axle (7) itself, while the planet wheels are mounted on axles between these flanges.

7. Planetary gear according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that between the cassette body (6) and the universe (internally toothed outer ring of the planetary gear), a freewheel is arranged.

8. Planetary gear according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that between the cassette body (6) and the outer ring (12), or the hub shell, a freewheel is arranged.

9. Planetary gear according to at least one of claims 7 and 8, characterized in that both freewheels are arranged concentrically one above the other, wherein the cartridge body (6) and universe arranged freewheel inside and between the cartridge body (6) and outer ring (12) arranged outside lies.

10. Planetary gear according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the freewheel between the cartridge body and universe (internally toothed outer ring of the planetary gear) can be switched manually.

11. Planetary gear according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that between the central axis and the outer ring, a freewheel is arranged, which prevents a reverse rotation of the internally toothed outer ring (universe).