DE102009036890A1

DE102009036890A1 - Drive unit for bicycle, comprises electromotive drive, by which bicycle driving force is generated starting from pedal arms of pedal crankshaft or of electromotive drive

Info

Publication number: DE102009036890A1
Application number: DE200910036890
Authority: DE
Inventors: Jens Liebold
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2009-08-06
Filing date: 2009-08-06
Publication date: 2011-03-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (1) für ein Fahrrad mit einem elektromotorischen Antrieb (9), bei welchem die Antriebskraft von Pedalarmen einer Tretkurbelwelle (2) und/oder vom elektromotorischen Antrieb (9) erzeugt wird. Zwischen elektromotorischem Antrieb (9) und dem Abtrieb (10) ist ein Planetengetriebe angeordnet, dessen Sonnenrad (3) drehfest mit einem Rotor (8) verbunden ist. Planetengetriebe und elektromotorischer Antrieb (9) sind konzentrisch um die Tretkurbelwelle (2) angeordnet und innerhalb eines Gehäuses (11) nebeneinander liegend ausgeführt. Der Stator (7) erstreckt sich am Innenumfang des Gehäuses (11), an welchem neben diesem ein Hohlrad (6) des Planetengetriebes ausgebildet ist.The invention relates to a drive unit (1) for a bicycle with an electromotive drive (9), in which the drive force is generated by pedal arms of a pedal crankshaft (2) and / or by the electromotive drive (9). A planetary gear is arranged between the electric motor drive (9) and the output (10), the sun gear (3) of which is connected to a rotor (8) in a rotationally fixed manner. Planetary gear and electromotive drive (9) are arranged concentrically around the pedal crankshaft (2) and are arranged side by side within a housing (11). The stator (7) extends on the inner circumference of the housing (11), on which a ring gear (6) of the planetary gear is formed in addition to the latter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Fahrrad mit elektromotorischem Antrieb.The invention relates to a drive unit for a bicycle with electric motor drive.

Fahrräder mit einem elektromotorischen Antrieb, bei welchen die Antriebskraft aus muskelkraftgetriebenen Pedalarmen einer Tretkurbelwelle sowie aus einem elektromotorischen Antrieb erfolgt, sind allgemein bekannt. Hierbei kann wahlweise die Antriebskraft durch die Pedalbewegung des Fahrers erzeugt werden oder gleichzeitig unterstützend oder alternativ gänzlich die Antriebskraft durch den elektromotorischen Antrieb erfolgen.Bicycles with an electromotive drive, in which the driving force from muscle-powered pedal arms of a pedal crankshaft and from an electric motor drive, are well known. In this case, either the driving force can be generated by the pedal movement of the driver or at the same time supportive or alternatively entirely the driving force by the electric motor drive.

Aus der DE 196 29 788 A1 ist eine Antriebseinheit bekannt, bei der ein als Außenläufer ausgebildeter Elektromotor das Hohlrad eines Planetengetriebes antreibt, wobei ein feststehender Planetenträger ein Sonnenrad treibt, das über einen Freilauf mit einem Abtrieb gekoppelt ist. Der Abtrieb ist weiterhin über einen weiteren Freilauf mit dem Pedalarm der Tretkurbelwelle gekoppelt, so dass unabhängig voneinander der Abtrieb über ein Kettenrad durch die Pedalarme oder den Elektromotor erfolgen kann. Rotor und Stator des Elektromotors sowie das Planetengetriebe sind koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnet, so dass axial ein geringer Bauraum benötigt wird. Die Gestaltung des Elektromotors als um das Planetengetriebe ausgebildeten Außenläufer benötigt erheblichen Bauraum in vertikaler/radialer Richtung um die Tretkurbelwelle. Weiterhin ist bei einem Antrieb über das Hohlrad und feststehenden Planetenrädern die notwendige Untersetzung für den Elektromotor nur schwierig zu erreichen.From the DE 196 29 788 A1 a drive unit is known in which a designed as an external rotor electric motor drives the ring gear of a planetary gear, wherein a fixed planet carrier drives a sun gear, which is coupled via a freewheel with an output. The output is further coupled via a further freewheel with the pedal arm of the pedal crankshaft, so that independently of each other, the output can be done via a sprocket through the pedal arms or the electric motor. Rotor and stator of the electric motor and the planetary gear are arranged coaxially with the pedal crankshaft, so that a small space is required axially. The design of the electric motor designed as a planetary gear external rotor requires considerable space in the vertical / radial direction to the pedal crankshaft. Furthermore, in a drive via the ring gear and fixed planetary gears, the necessary reduction for the electric motor is difficult to achieve.

Aus der DE 40 27 365 A1 ist ein Fahrrad mit einem Zusatzantrieb bekannt, dessen Antriebswelle parallel und axial versetzt zur Tretkurbelwellenachse angeordnet ist, wobei der Antrieb über eine an einem Hohlrad eines Planetengetriebes angeordnete Antriebskette erfolgt. Der Abtrieb erfolgt über den Planetenträger, wobei sich die Antriebsmomente von dem mit der Tretkurbelwelle verbundenen Sonnenrad und vom Elektroantrieb überlagern. Das Planetengetriebe wird in der Art eines Überlagerungsgetriebes genutzt, so dass jeweils das von den Pedalarmen nicht aufgebrachte Drehmoment durch den Elektroantrieb ersetzt wird. Ein pedalkraftabhängiger Zusatzantrieb, bei dem proportional zur erzeugten Pedalkraft ein zusätzliches Antriebsmoment erzeugt wird ist dadurch nicht möglich. Weiterhin werden ein zweiter Kettentrieb sowie ein für eine kompakte Ausführung ungünstiges, umlaufendes Hohlrad benötigt.From the DE 40 27 365 A1 is a bicycle with an auxiliary drive known, the drive shaft is arranged parallel and axially offset from the pedal crankshaft axis, wherein the drive via a arranged on a ring gear of a planetary gear drive chain. The output takes place via the planet carrier, whereby the drive torques are superimposed by the sun gear connected to the pedal crankshaft and by the electric drive. The planetary gear is used in the manner of a superposition gear, so that in each case the torque not applied by the pedal arms is replaced by the electric drive. A pedal-drive-dependent additional drive in which an additional drive torque is generated in proportion to the pedal force generated is not possible. Furthermore, a second chain drive and an unfavorable for a compact design, circumferential ring gear are needed.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Antriebseinheit für ein Fahrrad mit einem elektromotorischen Antrieb zu schaffen, der sowohl in axialer Erstreckung der Tretlagerwelle als auch radial um diese einen kompakten Aufbau mit geringen Ansprüchen an den Bauraum aufweist.The object of the invention is therefore to provide a drive unit for a bicycle with an electric motor drive, which has both in the axial extent of the bottom bracket and radially around them a compact design with low demands on the space.

Die Aufgabe wird mit einer Antriebseinheit mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 gelöst, wobei weitere vorteilhafte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen dargestellt sind.The object is achieved with a drive unit with the features of the independent claims 1 and 2, wherein further advantageous embodiments are shown in the subclaims.

Die Antriebseinheit für ein Fahrrad mit einem elektromotorischen Antrieb, bei welchem die Antriebskraft für das Fahrrad ausgehend von Pedalarmen einer Tretkurbelwelle und/oder von dem elektromotorischen Antrieb erzeugt wird, weist ein zwischen dem elektromotorischen Antrieb und dem Abtrieb für die Antriebsbewegung des Fahrrades angeordnetes Planetengetriebe auf. Erfindungsgemäß vorteilhaft ist dessen Sonnenrad mit dem Rotor des elektromotorischen Antriebs drehfest verbunden. Weiterhin ist dessen Planetenträger mit der den Abtrieb tragenden Tretkurbelwelle verbunden, wobei das Planetengetriebe sowie Stator und Rotor des elektromotorischen Antriebs koaxial um die Tretkurbelwelle angeordnet sind. Innerhalb eines die Tretkurbelwellenlagerung bildenden Gehäuses sind das Planetengetriebe und der elektromotorische Hilfsantrieb nebeneinander angeordnet, wobei sich der den Rotor des elektromotorischen Antriebs umgebenden Stator entlang des Innenumfangs des Gehäuses erstreckt. Der Stator besteht in der gezeigten Ausführung aus einem Statorträger mit Spulenwicklungen, die das für den Antrieb des Rotors benötigte Magnetfeld erzeugen. Weiterhin ist am Innenumfang dieses Gehäuses ein Hohlrad des Planetengetriebes ausgebildet. Das Hohlrad kann dabei integral mit dem Gehäuse oder als einzelnes, mit dem Gehäuse fest verbundenes Hohlrad ausgeführt sein. Hohlrad und Außenumfang des Stators sind nahezu umfangsgleich, so dass ein kompakter bauraumoptimaler Aufbau entsteht.The drive unit for a bicycle with an electromotive drive, in which the driving force for the bicycle is generated from the pedal arms of a pedal crankshaft and / or the electric motor drive, has a arranged between the electric motor drive and the output for the drive movement of the bicycle planetary gear. Advantageously according to the invention whose sun gear is rotatably connected to the rotor of the electric motor drive. Furthermore, the planet carrier is connected to the output carrying Tretkurbelwelle, wherein the planetary gear and stator and rotor of the electric motor drive are arranged coaxially to the pedal crankshaft. Within a crankshaft bearing housing forming the planetary gear and the electric motor auxiliary drive are arranged side by side, wherein the stator surrounding the rotor of the electromotive drive extends along the inner circumference of the housing. In the embodiment shown, the stator consists of a stator carrier with coil windings which generate the magnetic field required for driving the rotor. Furthermore, a ring gear of the planetary gear is formed on the inner circumference of this housing. The ring gear can be made integral with the housing or as a single, fixed to the housing ring gear. Ring gear and outer circumference of the stator are almost the same circumference, so that a compact space optimal structure arises.

Die Drehbewegung des Rotors wird über das Sonnenrad auf die Planetenräder übertragen, welche am gehäusefesten Hohlrad abwälzen und damit den Planetenträger in Bewegung setzen. Dieser ist über einen Freilauf mit der Tretkurbelwelle verbunden, so dass dessen Antriebsbewegung zu einem drehfest auf der Tretkurbelwelle angeordneten Abtrieb übertragen wird. Der Freilauf ist in vorteilhafter Weise so ausgestaltet, dass er in Richtung der Antriebsbewegung des Fahrrades mit der Tretkurbelwelle verrastet, wobei z. B. bei Stillstand des Motors ein Antrieb über die an die Tretkurbelwelle drehfest angekoppelte Pedalarme möglich ist, ohne den Rotor des elektromotorischen Antriebs oder das Planetengetriebe mitzuschleppen. Die Erfindung weist dabei keinen Pedalfreilauf wie im Stand der Technik auf, um eine Rücktrittbremsung zu ermöglichen.The rotational movement of the rotor is transmitted via the sun gear to the planet gears, which roll on the housing-fixed ring gear and thus set the planet carrier in motion. This is connected via a freewheel with the pedal crankshaft, so that its drive movement is transmitted to a rotatably mounted on the pedal crankshaft output. The freewheel is designed in an advantageous manner so that it locks in the direction of the drive movement of the bicycle with the pedal crankshaft, wherein z. B. at standstill of the motor, a drive on the rotationally fixed to the pedal crankshaft coupled pedal arms is possible without mitzuschleppen the rotor of the electric motor drive or the planetary gear. The invention has no pedal freewheel as in the prior art, to allow a resignation braking.

Erfindungsgemäß vorteilhaft sind der Rotor und das Sonnenrad drehbar auf der Tretkurbelwelle gelagert. Die Tretkurbelwelle bildet damit das zentrale Lagerelement, so dass außer ihrer Lagerung im Gehäuse selbst keine weiteren Lagerstellen im Gehäuse ausgebildet werden müssen.Advantageously according to the invention, the rotor and the sun gear are rotatably mounted on the pedal crankshaft. The pedal crankshaft thus forms the central bearing element, so that apart from their storage in the housing itself no further bearing points must be formed in the housing.

Erfindungsgemäß vorteilhaft ist der Planetenträger unter Zwischenschaltung eines Freilaufs trieblich mit der Tretkurbelwelle verbunden, wobei der Freilauf in einer Drehrichtung in Antriebsrichtung des Fahrrades mit der Tretkurbelwelle rastet und somit eine Übertragung der Antriebskraft vom Rotor über das Sonnenrad, die Planetenräder, den Planetenträger auf die Tretkurbelwelle ermöglicht, wobei bei einer höheren Drehzahl der Tretkurbelwelle gegenüber dem Planetenträger durch den Antrieb über an die Tretkurbelwelle angekoppelte Pedalarme das Planetengetriebe sowie der Rotor nicht mitgeschleppt werden müssen. Ein Antrieb des Fahrrades bei Stillstand des elektromotorischen Antriebs ist dadurch ohne weitere mechanische Verluste möglich.According to the invention, the planet carrier is drivingly connected with the pedal crankshaft with the interposition of a freewheel, wherein the freewheel in a rotational direction in the drive direction of the bicycle with the pedal crankshaft and thus enables transmission of the driving force from the rotor via the sun gear, the planet gears, the planet carrier on the pedal crankshaft , wherein at a higher speed of the pedal crankshaft relative to the planet carrier by the drive via coupled to the pedal crankshaft pedal arms the planetary gear and the rotor must not be dragged. A drive of the bicycle at standstill of the electric motor drive is possible without further mechanical losses.

Der Abtrieb der Antriebseinheit ist ein auf der Tretkurbelwelle angeordnetes, drehfest mit dieser verbundenes Kettenrad, welches wie konventionell üblich über eine Kette ein am Hinterrad ausgebildetes Antriebsritzel und damit das Hinterrad des Fahrrades antreibt. Das Kettenrad kann gleichfalls an einem fest mit der Tretkurbelwelle verbundenen Pedalarm angeordnet sein.The output of the drive unit is arranged on the pedal crankshaft, rotatably connected to this sprocket, which drives as conventionally usual via a chain formed on the rear wheel drive pinion and thus the rear wheel of the bicycle. The sprocket may also be located on a pedal arm connected to the pedal crankshaft.

Erfindungsgemäß vorteilhaft ist das Gehäuse zweiteilig jeweils halbschalenförmig ausgebildet, wobei die Halbschalen an den zueinander gewandten Kontaktflächen einen umlaufenden Bund aufweisen an welchem diese abgedichtet miteinander verbunden sind, wobei im Nabenbereichen der Halbschalen jeweils die Lagerung für die Tretlager/Tretkurbelwelle angeordnet ist. Das Gehäuse ist wenigstens einseitig mit dem Fahrradrahmen verbunden oder ist als integraler Bestandteil des Rahmens ausgeführt.According to the invention, the housing is advantageously in two parts in the form of a half shell, wherein the half shells have a circumferential collar on the mutually facing contact surfaces on which they are sealed together, wherein in the hub areas of the half shells in each case the bearing for the bottom bracket / crankshaft is arranged. The housing is connected at least one side to the bicycle frame or is designed as an integral part of the frame.

Für einen vorteilhaften kompakten Aufbau weist die Tretkurbelwelle der Antriebseinheit jeweils eine Lagerung für den Freilauf des Planetenträgers, für das Sonnenrad und den Rotor der elektromotorischen Antriebseinheit auf. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung sind diese Lagerungen jeweils nur einseitig ausgeführt. Der Rotor kann dabei topfförmig ausgestaltet werden, so dass um die Tretkurbelwelle verbleibender Bauraum für die Steuer- sowie Leistungselektronik des Antriebs und für die Positionierung einer Drehzahl- und/oder Drehmomentsensorik genutzt werden kann.For an advantageous compact design, the pedal crankshaft of the drive unit each have a bearing for the freewheel of the planet carrier, for the sun gear and the rotor of the electric motor drive unit. In a particularly advantageous embodiment, these bearings are each carried out only on one side. The rotor can be designed cup-shaped, so that the pedal crankshaft remaining space for the control and power electronics of the drive and for the positioning of a speed and / or torque sensors can be used.

Der Spulenträger ist als Blechpaket ausgeführt und für eine kompakte und montagegünstige Anordnung des Stators vorzugsweise durch Einpressen im Gehäuse befestigt. Der Spulenträger haltert die Einzelspulen des elektromotorischen Antriebs, welche umlaufend um den Rotor angeordnet sind.The bobbin is designed as a laminated core and preferably fixed by a press-fit in the housing for a compact and easy mounting arrangement of the stator. The bobbin supports the individual coils of the electric motor drive, which are arranged circumferentially around the rotor.

In einer alternativen Ausgestaltung mit einem nicht koaxial zur Tretkurbelwelle ausgeführten elektromotorischen Antrieb ist für dessen Ankopplung an die Tretkurbelwelle ebenfalls ein Planetengetriebe angeordnet, wobei dessen Sonnenrad unter Zwischenschaltung einer Antriebsstufe mit einer Antriebswelle des elektromotorischen Antriebs verbunden ist. Der die Planetenräder tragende Planetenträger ist mit der den Abtrieb tragenden Tretkurbelwelle verbunden und das Planetengetriebe ist konzentrisch um die Tretkurbelwelle angeordnet. Innerhalb eines die Tretkurbelwellenlagerung bildenden Gehäuses sind das Planetengetriebe sowie dessen vom elektromotorischen Antrieb angetriebene Antriebsstufe nebeneinander angeordnet ausgeführt. Der elektromotorische Antrieb weist dabei eine zur Tretkurbelwelle axial versetzt und vorzugsweise parallel angeordnete Antriebswelle auf, wobei der elektromotorische Antrieb innerhalb des sich radial um die Tretkurbelwelle erstreckenden Bauraums des Abtriebs angeordnet ist. Der Bauraum einer nahe dem Tretkurbelwellenlager angeordneten Antriebseinheit wird in axialer Richtung durch den Abstand der Pedalarme bestimmt, welcher ergonomisch durch die Fahrposition definiert im Bereich um 200 mm liegt. Weiterhin ist der radiale Bauraum aufgrund der Rahmenkonstruktion so kompakt als möglich zu wählen. Er soll, insbesondere bei Rädern ohne oberes Rahmenquerrohr, den Durchstieg im Tretlagerbereich nicht einschränken und innerhalb des durch den Abtrieb über das Kettenblatt definierten Bauraums verbleiben. Es ergibt sich daher die Notwendigkeit sowohl radial als auch axial eine kompakte Anordnung von Tretlager, Getriebe und elektromotorischem Antrieb zu erhalten.In an alternative embodiment with a non-coaxial with the pedal crankshaft electric motor drive is also arranged a planetary gear for the coupling to the pedal crankshaft, wherein the sun gear is connected with the interposition of a drive stage with a drive shaft of the electric motor drive. The planetary carrier carrying the planet gears is connected to the pedal crankshaft carrying the output and the planetary gear is arranged concentrically around the pedal crankshaft. Within a pedal crankshaft bearing housing forming the planetary gear and its driven by the electric motor drive drive stage are arranged side by side. The electromotive drive has an offset to the pedal crankshaft axially offset and preferably arranged in parallel drive shaft, wherein the electromotive drive is disposed within the radially extending around the pedal crankshaft space of the output. The installation space of a drive unit arranged near the pedal crankshaft bearing is determined in the axial direction by the spacing of the pedal arms, which is ergonomically defined by the driving position in the range of 200 mm. Furthermore, the radial space is due to the frame design as compact as possible to choose. He should, especially for wheels without upper cross-tube, not limit the passage in the bottom bracket area and remain within the space defined by the output via the chainring space. There is therefore the need to obtain both radially and axially a compact arrangement of bottom bracket, gearbox and electric motor drive.

Die koaxiale Anordnung des Planetengetriebes sowie die anschließend nebeneinander angeordnete Antriebsstufe und wiederum neben dieser angeordnete Antriebseinheit ermöglichen einen solchen kompakten Aufbau. Eine versetzt zur Tretkurbelwelle angeordnete Antriebswelle des elektromotorischen Antriebs ermöglicht in Kombination mit der Drehmomenteinleitung auf das zentral um die Tretkurbelwelle angeordnete Sonnenrad die Zwischenschaltung einer weiteren Untersetzungs-Antriebsstufe. Trotz der Nutzung einer weiteren Untersetzung verbleibt der Antrieb im Bauraum des Kettenblattes ohne die Durchstiegshöhe zu beeinflussen. Der elektromotorische Antrieb kann dabei als einzelnes Bauteil innerhalb der Antriebseinheit realisiert und damit als vormontiertes Zulieferteil eingebaut werden. Hieraus ergeben sich Vorteile hinsichtlich der elektrischen Kapselung vom mechanischen Getriebe. Weiterhin birgt die Verwendung einer als Standardteil verfügbaren Antriebseinheit einen Kostenvorteil.The coaxial arrangement of the planetary gear and the then juxtaposed drive stage and turn next to this arranged drive unit allow such a compact design. An offset to the pedal crankshaft arranged drive shaft of the electromotive drive allows in combination with the torque input to the centrally arranged around the pedal crankshaft sun gear, the interposition of another reduction drive stage. Despite the use of a further reduction, the drive remains in the space of the chainring without affecting the access height. The electromotive drive can be realized as a single component within the drive unit and thus installed as a pre-assembled delivery part. This results in advantages in terms of electrical encapsulation of the mechanical transmission. Furthermore, the use of a drive unit available as a standard part entails a cost advantage.

Der Antrieb wird dabei innerhalb des radialen Bauraums des Planetengetriebes, dessen am Innenumfang des Gehäuses angeordnetes Hohlrad die maximale radiale Erstreckung bildet, seitlich von diesem angeordnet. Der Antrieb kann dabei in einer nicht dargestellten Alternative gemeinsamen innerhalb des Gehäuses mit dem Planetengetriebe angeordnet werden oder, wie in der dargestellten Alternative, außerhalb von diesem, mit seiner Antriebswelle das Gehäuse durchdringend, ausgeführt sein.The drive is doing within the radial space of the planetary gear, whose arranged on the inner circumference of the housing ring gear maximum radial extent forms, arranged laterally from this. The drive can be arranged in an alternative, not shown, within the housing with the planetary gear or, as in the illustrated alternative, outside of this, with its drive shaft penetrating the housing, executed.

Weitere Einzelheiten der Erfindung und deren vorteilhafte Ausgestaltung werden in der Zeichnung anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.Further details of the invention and its advantageous embodiment are described in the drawing with reference to a schematically illustrated embodiment.

Hierbei zeigen:Hereby show:

1 eine Schnittdarstellung der Antriebseinheit 1. 1 a sectional view of the drive unit 1 ,

2 eine alternative Ausgestaltung der Antriebseinheit 1. 2 an alternative embodiment of the drive unit 1 ,

Die in 1 gezeigte Antriebseinheit 1 besteht aus einem zweiteiligen Gehäuse 11, in welchem koaxial um eine Tretkurbelwelle 2 nebeneinander liegend ein elektromotorischer Antrieb 9 sowie ein Planetengetriebe mit Sonnenrad 3, Planetenrädern 4, Planetenträger 5 und Hohlrad 6 angeordnet sind. Die Antriebseinheit 1 für ein Fahrrad dient hierbei dazu zusätzlich eine Antriebskraft auf einen Abtrieb 9 zum Vortrieb des Fahrrades zu übertragen. Diese Antriebskraft kann mittels an der Tretkurbelwelle 2 angeordneten – nicht dargestellten – Pedalarmen und/oder vom elektromotorischen Antrieb 9 erzeugt werden. Der elektromotorische Antrieb 9 ist dabei vorzugsweise ein Zusatzantrieb, welcher zusätzlich zur Antriebskraft über die Pedalarme die Tretkurbelwelle antreibt. Der Antrieb kann jedoch gleichfalls allein vom elektromotorischen Antrieb 9 oder ohne dessen Zuschaltung erfolgen. In der dargestellten Konfiguration mit einem Freilauf 12 zwischen Planetenträger und Tretkurbelwelle 2 mit Verrastung des Freilaufs 12 in Antriebsrichtung kann ein isolierter, lediglich vom elektromotorischen Antrieb 9 generierter Vortrieb nur dann erfolgen, wenn die Pedalarme mit der Tretkurbelwelle 2 mitdrehen. Ein alleiniger elektromotorischer Antrieb ist als Antriebsvariante möglich, wobei hierfür weitere Freiläufe für die angekoppelten Pedalarme oder ein in seiner Sperrrichtung schaltbarer Freilauf verwendet werden kann. Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Antriebseinheit 1 als über die Pedalkraft gesteuerten Zusatzantrieb erfolgt keine Antrieb ohne Pedalbetätigung, so dass ein einfacher Freilauf 12, dessen Sperrrichtung so gewählt ist, dass eine Antriebsbewegung der Tretkurbelwelle 2 vom elektromotorischen Antrieb 9 möglich ist, verwendet werden kann. Mit dieser Konfiguration des Freilaufs 12 ist es möglich über eine Drehzahl-/Drehmomenterfassung an der Tretkurbelwelle 2 ein angefordertes Drehmoment, welches der Fahrer auf die Pedale ausübt, zu ermitteln. Damit kann eine Pedalkraftabhängige Steuerung des Antriebs genutzt werden, die – z. B. proportional – zusätzlich zu dem vom Fahrer erbrachten Drehmoment ein Antriebsmoment aus dem elektromotorischen Antrieb 9 erbringt.In the 1 shown drive unit 1 consists of a two-part housing 11 in which coaxially about a pedal crankshaft 2 lying next to each other an electric motor drive 9 and a planetary gear with sun gear 3 , Planetary gears 4 , Planet carrier 5 and ring gear 6 are arranged. The drive unit 1 for a bicycle this additionally serves a driving force on an output 9 to transmit to the propulsion of the bicycle. This driving force can by means of the crankshaft 2 arranged - not shown - pedal arms and / or the electric motor drive 9 be generated. The electromotive drive 9 is preferably an auxiliary drive, which in addition to the driving force on the pedal arms drives the pedal crankshaft. However, the drive can also be alone from the electric motor drive 9 or without its being connected. In the illustrated configuration with a freewheel 12 between planet carrier and crankshaft 2 with locking of the freewheel 12 in the drive direction, an isolated, only by the electric motor drive 9 generated propulsion only take place when the pedal arms with the pedal crankshaft 2 rotate. A sole electromotive drive is possible as a drive variant, for which purpose further freewheels for the coupled pedal arms or a switchable in its reverse direction freewheel can be used. In the preferred embodiment of the drive unit 1 as controlled via the pedal force auxiliary drive is no drive without pedal operation, so that a simple freewheel 12 whose reverse direction is chosen such that a drive movement of the pedal crankshaft 2 from the electric motor drive 9 is possible, can be used. With this configuration of the freewheel 12 It is possible via a speed / torque detection on the pedal crankshaft 2 to determine a requested torque which the driver exerts on the pedals. Thus, a pedal force-dependent control of the drive can be used, the -. B. proportional - in addition to the torque provided by the driver a drive torque from the electric motor drive 9 he brings.

Die Antriebskraft von den Pedalarmen und vom elektromotorischen Antrieb 9 bzw. das durch diese erzeugte Drehmoment überlagert sich an der Tretkurbelwelle 2, an welcher zum einen direkt die Pedalarme und zum anderen der elektromotorische Antrieb 9 über das Planetengetriebe und den Freilauf 12 angreifen. Die Pedalarme werden in üblicher Weise direkt an der Tretkurbelwelle angeordnet und sind drehfest mit dieser verbunden. Der elektromotorische Antrieb 9 wird durch das Planetengetriebe in seiner Drehzahl untersetzt. Der elektromotorische Antrieb 9 besteht aus eine Stator 7, der drehfest mit dem Gehäuse 11 verbunden ist und einem drehbar auf der Tretkurbelwelle 2 gelagerten Rotor 8.The driving force of the pedal arms and the electromotive drive 9 or the torque generated by these superimposed on the pedal crankshaft 2 , to which directly to the pedal arms and on the other hand, the electric motor drive 9 about the planetary gear and the freewheel 12 attack. The pedal arms are arranged in a conventional manner directly to the pedal crankshaft and are rotatably connected thereto. The electromotive drive 9 is reduced by the planetary gear in its speed. The electromotive drive 9 consists of a stator 7 , which rotates with the housing 11 is connected and one rotatable on the pedal crankshaft 2 mounted rotor 8th ,

Vorzugsweise ist der elektromotorische Antrieb 9 ein permanent erregter Synchronmotor, der für die Erzeugung des Statormagnetfeldes auf einem Träger 13 angeordnete Spulen 14 aufweist. Der Träger 13 ist dabei als Blechpaket ausgeführt, welches in das Gehäuse 11 eingepresst ist. Der Rotor 8 ist einseitig auf der Tretkurbelwelle 2 gelagert und hat eine topfförmige Gestalt. In einer nicht dargestellten Ausgestaltung ist der entstehende Freiraum innerhalb des Rotors 9 für ein Messsystem zur Drehmomenten- und/oder Drehzahlmessung nutzbar. Gleichfalls kann hier ein Teil oder die gesamte Leistungs- und Steuerelektronik für. den elektromotorischen Antrieb 9 untergebracht werden. Der Rotor 8 ist im Bereich seiner Lagerung drehfest mit dem Sonnenrad 3 des Planetengetriebes verbunden. Das Sonnenrad 3 ist dabei ebenfalls einseitig auf der Tretkurbelwelle 2 gelagert und kämmt mit den dieses umgebenden Planetenrädern 4. Die Planetenräder 4 sind drehbar am Planetenträger 5 gelagert, der über einen Freilauf 12 mit der Tretkurbelwelle 2 verbunden ist. Die Planetenräder 4 kämmen mit dem am Innenumfang des Gehäuses 11 angeordneten Hohlrad 6, welches fest mit diesem verbunden ist. Das Drehmoment wird somit vom Rotor 8 über das Sonnenrad 3 auf die durch das Sonnenrad 3 angetriebenen Planetenräder 4 übertragen, welche sich am Hohlrad 6 abstützen. Das Drehmoment wird damit auf den Planetenträger 5 und dem dort auf der Tretkurbelwelle 2 angeordneten Freilauf 12 übertragen, welcher in Sperrrichtung die Kraft auf den Abtrieb 9 überträgt. Die Freilaufrichtung des Freilaufs 12 ist so gewählt, dass bei einer geringeren Drehzahl des Planetenträgers 5, verglichen mit der Antriebsdrehzahl der Tretkurbelwelle 2, welche durch die Pedalarme erzielt wird, das Planetengetriebe und die elektromotorische Antriebseinheit 9 leer mitlaufen, also nicht von der Tretkurbelwelle aus angetrieben werden. Beispielsweise bei Stillstand der elektromotorischen Antriebseinheit 9 wird die Tretkurbelwelle 2 von den Pedalarmen angetrieben und das erzeugte Drehmoment wird zum Abtrieb 10 übertragen ohne den Widerstand des Planetengetriebes oder der elektromotorischen Antriebseinheit mitzuschleppen. Im umgekehrten Fall stützt sich der Planetenträger an der Tretkurbelwelle 2 ab und das Drehmoment des elektromotorischen Antriebs 9 wird dem über die Pedalarme erzeugten Drehmoment überlagert. Diese Freilaufkonfiguration ist insbesondere bei einer pedalkraftgesteuerten Zuschaltung des elektromotorischen Antriebs 9 vorteilhaft, da mit einer detektierten Pedalkraft die elektromotorische Unterstützung freigegeben werden kann. Im Falle eines Antriebs ausschließlich von den Pedalarmen, beispielsweise bei einem entladenen Akkumulator, muss kein unnötiger mechanischer Widerstand mitgetrieben werden. Die Antriebskraft wird über einen Abtrieb 10, der ein drehfest mit der Tretkurbelwelle 2 verbundenes Kettenrad ist, auf das Hinterrad übertragen. Wenn ein Abtrieb ohne weitere konventionelle Schaltstufen an dem Hinterrad erfolgt ist eine Rücktrittbremsung des Fahrrades möglich.Preferably, the electric motor drive 9 a permanent magnet synchronous motor, which is used to generate the stator magnetic field on a support 13 arranged coils 14 having. The carrier 13 is designed as a laminated core, which in the housing 11 is pressed. The rotor 8th is one-sided on the crankshaft 2 stored and has a pot-shaped shape. In an embodiment, not shown, the resulting space is within the rotor 9 usable for a measuring system for torque and / or speed measurement. Likewise, some or all of the power and control electronics for. the electric motor drive 9 be housed. The rotor 8th is in the region of its storage against rotation with the sun gear 3 connected to the planetary gear. The sun wheel 3 is also one-sided on the pedal crankshaft 2 stored and meshes with the surrounding planet wheels 4 , The planet wheels 4 are rotatable on the planet carrier 5 stored, over a freewheel 12 with the crankshaft 2 connected is. The planet wheels 4 mesh with the inside of the housing 11 arranged ring gear 6 , which is firmly connected to this. The torque is thus from the rotor 8th over the sun wheel 3 on through the sun wheel 3 driven planet gears 4 transmitted, which is on the ring gear 6 support. The torque is thus on the planet carrier 5 and there on the pedal crankshaft 2 arranged freewheel 12 transferred, which in the reverse direction, the force on the output 9 transfers. The freewheel direction of the freewheel 12 is chosen so that at a lower speed of the planet carrier 5 , compared with the input speed of the pedal crankshaft 2 , which is achieved by the pedal arms, the planetary gear and the electric motor drive unit 9 run idle, so not driven by the pedal crankshaft. For example, at standstill of the electric motor drive unit 9 becomes the pedal crankshaft 2 from the pedal arms driven and the torque generated is the output 10 transmitted without the drag of the planetary gear or the electric motor drive unit mitzuschleppen. In the opposite case, the planet carrier is supported on the crankshaft 2 off and the torque of the electric motor drive 9 is superimposed on the torque generated by the pedal arms. This freewheel configuration is in particular in a pedal-force-controlled connection of the electric motor drive 9 advantageous because the electromotive assistance can be released with a detected pedal force. In the case of a drive exclusively by the pedal arms, for example in a discharged battery, no unnecessary mechanical resistance must be driven. The driving force is via an output 10 , which rotates with the crankshaft 2 connected sprocket is transferred to the rear wheel. If an output without further conventional shift steps takes place on the rear wheel, it is possible for the bicycle to brak back.

Das Gehäuse 11 ist zweiteiliges und vorzugsweise durch Verschrauben zusammengefügt. Das Gehäuse ist einseitig mit dem Fahrradrahmen verbunden, wobei vorzugsweise die linksseitig dargestellte Halbschale des Gehäuses 11, welche den elektromotorischen Antriebt 9 trägt, mit dem Rahmen verbunden ist.The housing 11 is two-piece and preferably joined together by screwing. The housing is connected on one side with the bicycle frame, wherein preferably the left half shell of the housing 11 , which drives the electric motor 9 carries, is connected to the frame.

2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Antriebseinheit 1 mit einer abweichenden Anordnung des elektromotorischen Antriebs 9. Dieser ist Abweichend von der in 1 gezeigten Ausgestaltung nicht koaxial zur Tretkurbelwelle 2 angeordnet. Der elektromotorische Antrieb 9 greift wie zu 1 gezeigt am Sonnenrad 3 des Planetengetriebes an, weist jedoch eine von der Mittelachse der Tretkurbelwelle 2 abweichende Lage von dessen Antriebswelle 15 auf. Der Antrieb des Sonnenrades 3 vom elektromotorischen Antrieb 9 erfolgt über eine Antriebsstufe 16, welche hier als einer Zahnradpaarung eines koaxial zur Tretkurbelwellenachse und drehfest mit dem Sonnenrad 3 verbundenen Zahnrad 18 und einem auf der Antriebswelle 15 drehfest angeordneten Zahnrad 17 ausgebildet ist. Die abtriebsseitige Ausgestaltung der Antriebseinheit 1 ist identisch wie zur 1 beschrieben. In Richtung Abtrieb 9 gesehen ist ausgehend vom Sonnenrad 3 die Antriebseinheit zu der in 1 gezeigten Ausgestaltung identisch. Auf diese Beschreibung wird hiermit Bezug genommen. 2 shows an alternative embodiment of the drive unit 1 with a different arrangement of the electric motor drive 9 , This is different from the in 1 embodiment shown not coaxial with the pedal crankshaft 2 arranged. The electromotive drive 9 attacks as if 1 shown at the sun wheel 3 of the planetary gear, but has one of the central axis of the pedal crankshaft 2 deviating position of the drive shaft 15 on. The drive of the sun wheel 3 from the electric motor drive 9 via a drive stage 16 , which here as a gear pair of a coaxial with the pedal crankshaft axis and rotatably with the sun gear 3 connected gear 18 and one on the drive shaft 15 rotatably mounted gear 17 is trained. The output side configuration of the drive unit 1 is the same as for 1 described. Toward the downforce 9 seen is starting from the sun 3 the drive unit to the in 1 shown embodiment identical. This description is hereby incorporated by reference.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Antriebseinheitdrive unit
22: Tretkurbelwellepedal crankshaft
33: Sonnenradsun
44: Planetenräderplanetary gears
55: Planetenträgerplanet carrier
66: Hohlradring gear
77: Statorstator
88th: Rotorrotor
99: elektromotorischer Antrieb (Rotor 8 u. Stator 7)Electromotive drive (rotor 8th u. stator 7 )
1010: Abtrieboutput
1111: Gehäusecasing
1212: Freilauffreewheel
1313: Trägercarrier
1414: SpulenDo the washing up
1515: Antriebswelledrive shaft
1616: Antriebsstufe (bestehend aus Zahnrädern 17 und 18)Drive stage (consisting of gears 17 and 18 )
1717: Zahnrad (auf Antriebswelle 15)Gear (on drive shaft 15 )
1818: Zahnrad (drehfest mit dem Sonnenrad 3 verbunden)Gear (rotatably with the sun gear 3 connected)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19629788 A1 [0003]
DE 4027365 A1 [0004]

Claims

Drive unit ( 1 ) for a bicycle with an electromotive drive ( 9 ), in which the driving force for the bicycle starting from pedal arms of a crankshaft ( 2 ) and / or of the electromotive drive ( 9 ) is generated, wherein between the electric motor drive ( 9 ) and the downforce ( 10 ) is arranged for the drive movement of the bicycle, a planetary gear whose sun gear ( 3 ) with a rotor ( 8th ) of the electromotive drive ( 9 ) and the planetary gears ( 4 ) supporting planet carrier ( 5 ) with the downforce ( 10 ) supporting crankshaft ( 2 ), wherein the planetary gear and stator ( 7 ) and rotor ( 8th ) of the electromotive drive ( 9 ) concentrically around the crankshaft ( 2 ) are arranged and within a housing forming the crankshaft bearing ( 11 ) the planetary gear and the electric motor drive ( 9 ) are arranged side by side, wherein the rotor ( 8th ) of the electromotive drive ( 9 ) surrounding stator ( 7 ) along the inner circumference of the housing ( 11 ) and on the inner circumference of this housing ( 11 ) a ring gear ( 6 ) of the planetary gear is formed.

Drive unit ( 1 ) for a bicycle with an electromotive drive ( 9 ), in which the driving force for the bicycle starting from pedal arms of a crankshaft ( 2 ) and / or of the electromotive drive ( 9 ) is generated, wherein between the electric motor drive ( 9 ) and the downforce ( 10 ) is arranged for the drive movement of the bicycle, a planetary gear whose sun gear ( 3 ) with a drive shaft ( 15 ) of the electromotive drive ( 9 ) and the planetary gears ( 4 ) supporting planet carrier ( 5 ) with the downforce ( 10 ) supporting crankshaft ( 2 ), wherein the planetary gear concentrically about the pedal crankshaft ( 2 ) and within a housing forming the crankshaft bearing ( 11 ) the planetary gear and its from the electric motor drive ( 9 ) driven drive stage ( 16 ) are executed side by side, wherein the electric motor drive ( 9 ) one to the crankshaft ( 2 ) axially staggered drive shaft ( 15 ), wherein the electromotive drive ( 9 ) within the radially around the crankshaft ( 2 ) extending installation space of the output ( 10 ) is arranged.

Drive unit according to claim 2, characterized in that the drive shaft ( 15 ) of the electromotive drive ( 9 ) parallel to the crankshaft ( 2 ) and the drive stage ( 16 ) a rotationally fixed to the drive shaft ( 15 ) of the electromotive drive ( 9 ) connected gear ( 17 ) which is coaxial with the crankshaft ( 2 ) and rotatably with the sun gear ( 3 ) connected gear ( 18 ) is engaged.

Drive unit according to one of the preceding claims 2 or 3, characterized in that the pedal crankshaft ( 2 ) in each case a storage for the freewheel ( 14 ) of the planet carrier ( 5 ) and the sun wheel ( 3 ) having.

Drive unit according to one of claims 2 to 4, characterized in that the electromotive drive outside the housing ( 11 ) is arranged and its drive shaft ( 15 ) the housing ( 11 ) penetrates.

Drive unit according to claim 1, characterized in that the stator ( 7 ) carried out as a laminated core carrier ( 13 ), which in the housing ( 11 ) is pressed on which the individual coils ( 14 ) of the electromotive drive ( 9 ) are arranged.

Drive unit according to claim 1 or 6, characterized in that the rotor ( 8th ) and the sun wheel ( 3 ) rotatable on the pedal crankshaft ( 2 ) are mounted whereby rotor ( 8th ) and sun gear ( 3 ) are rotationally connected to each other.

Drive unit according to one of claims 1, 6 or 7, characterized in that the pedal crankshaft ( 2 ) in each case a storage for the freewheel ( 14 ) of the planet carrier ( 5 ), the sun wheel ( 3 ) and the rotor ( 8th ) having.

Drive unit according to one of claims 1-8, characterized in that the planet carrier ( 5 ) with the interposition of a freewheel ( 12 ) drivingly with the crankshaft ( 2 ) connected is.

Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the output ( 10 ) rotatably with the pedal crankshaft ( 2 ) connected sprocket is.

Drive unit according to one of the preceding claims, characterized in that the housing ( 11 ) is formed in two parts each half-shell-shaped and the half-shells at the mutually facing contact surfaces have a circumferential collar on which they are connected wherein in the hub areas of the half shells in each case the bearing for the crankshaft ( 2 ) is arranged.