DE102010004552A1

DE102010004552A1 - Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrrades

Info

Publication number: DE102010004552A1
Application number: DE201010004552
Authority: DE
Inventors: Jens 09120 Liebold; Alexander 08056 Zierold
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2011-07-14

Abstract

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, aus dem Stand der Technik vorbekannte Vorrichtungen zum Antrieb eines Fahrrades derart auszubauen, dass eine möglichst große Anzahl an Übersetzungsstufen genutzt werden kann, wobei die Übersetzungsstufen mit möglichst wenig Schaltelementen aktuiert werden, wobei die Vorrichtung einfach strukturiert sein soll und für jeden Wechsel der Übersetzungsstufe möglichst wenig Verstellenergie benötigt wird. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrrades Pedale, die über Pedalarme mit einer Tretkurbelwelle verbunden sind, wobei die Tretkurbelwelle über mindestens zwei schaltbare Kupplungen mit mehreren Planetenradsätzen verbunden oder nicht verbunden werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrrades mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Aus der DE4027365A1 ist eine Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrrades mit einem Tret- und einem Motorantrieb vorbekannt. Zur Überlagerung des Tret- und Motorantriebes ist ein Planetengetriebe vorgesehen. Zur Variation des Übersetzungsverhältnisses ist in der Hinterradnabe eine Nabenschaltung vorgesehen.
Aus der AT389499B ist weiterhin eine Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrrades vorbekannt, wobei ein Tretlager ein Planetengetriebe umfasst, das mittels einer auf der Tretkurbelwelle axial verschiebbaren Muffe zu Variation des Übersetzungsverhältnisses schaltbar ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik vorbekannten Vorrichtungen zum Antrieb eines Fahrrades derart auszubauen, dass eine möglichst große Anzahl an Übersetzungsstufen genutzt werden kann, wobei die Übersetzungsstufen mit möglichst wenig Schaltelementen aktuiert werden, wobei die Vorrichtung einfach strukturiert sein soll und für jeden Wechsel der Übersetzungsstufe möglichst wenig Verstellenergie benötigt wird.
Diese Aufgabe wird mittels einer Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrrades Pedale, die über Pedalarme mit einer Tretkurbelwelle verbunden sind, wobei die Tretkurbelwelle über mindestens zwei schaltbare Kupplungen mit mehreren Planetenradsätzen verbunden oder nicht verbunden werden kann. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Tretkurbelwelle über die mindestens zwei schaltbaren Kupplungen mit mehreren Planetenradsätzen mittels eines einzigen gemeinsamen Schaltelements verbunden oder nicht verbunden werden kann. In einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Tretkurbelwelle über jede einzelne der mindestens zwei schaltbaren Kupplungen unabhängig von der mindestens einen weiteren schaltbaren Kupplung mit jeweils einem Planetenradsatz oder mehreren Planetenradsätzen mittels des einzigen gemeinsamen Schaltelementes verbunden oder nicht verbunden werden kann. In einer noch weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die mindestens zwei schaltbaren Kupplungen gemeinsam mit jeweils einem oder mehreren Planetenradsätzen mittels des einzigen gemeinsamen Schaltelementes verbunden oder nicht verbunden werden können. In einer noch weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass die Tretkurbelwelle über die mindestens zwei schaltbaren Kupplungen mit mindestens drei Planetenradsätzen verbunden oder nicht verbunden werden kann. In einer noch weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, dass über eine erste Kupplung die Sonnenräder eines ersten und eines zweiten Planetenradsatzes mit der Tretkurbelwelle verbunden oder nicht verbunden werden, wobei über eine zweite Kupplung der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes mit der Tretkurbelwelle verbunden oder nicht verbunden werden kann, wobei weiterhin der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes über eine dritte und eine vierte Kupplung mit dem Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes und/oder dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden oder nicht verbunden werden kann, wobei weiterhin der Planetenträger des dritten Planetenradsatzes als Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes wirkt und mittels eines weiteren Schaltelementes mit einem Gehäuse der Vorrichtung verbunden oder nicht verbunden werden kann. Unabhängig von der jeweiligen erfindungsgemäßen Ausführung ist stets einer der Planetenradsätze mit einem Kettenblatt zur Übertragung der Drehbewegung an das Hinterrad des Fahrrades mittels einer Gliederkette verbunden. In der letztgenannten Ausführung ist der erste Planetenradsatz mit einem Kettenblatt verbunden. Unabhängig von der jeweiligen erfindungsgemäßen Ausführung kann weiterhin eine elektrische Maschine zum zusätzlichen oder alleinigen Antrieb des Fahrrades oder zur Rückgewinnung von Energie mit einem der Planetenradsätze verbunden sein. In der letztgenannten Ausführung ist der erste Planetenradsatz mit einer elektrischen Maschine verbunden. Vorteilhaft können mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der letztgenannten Ausführung acht Übersetzungsstufen genutzt werden. Erfindungsgemäß werden die acht Übersetzungsstufen mit lediglich drei Schaltelementen aktuiert, was insbesondere dadurch möglich ist, dass die Tretkurbelwelle über zwei schaltbare Kupplungen mit den Planetenradsätzen verbunden oder nicht verbunden werden kann, wobei, dadurch, dass die Elemente des Planetenradsatzes, die über eine der beiden Kupplungen mit der Tretkurbelwelle verbunden werden können, diese untereinander dann keine Differenzdrehzahlen aufweisen und die Ansteuerung dieser Kupplungen dann über ein gemeinsames, bevorzugt formschlüssig wirkendes Schaltelement erfolgen kann. Erfindungsgemäß vorteilhaft ist die Vorrichtung einfach strukturiert, da lediglich eine Hohlwelle erforderlich ist, welche die Sonnenräder des ersten und des zweiten Planetenradsatzes trägt. Ferner ist es erfindungsgemäß von Vorteil, dass die Schaltelemente für eine mechanische Aktuierung, beispielsweise mittels einer Schaltmuffe oder eines Schieberads, eine günstige Lage aufweisen. Ferner ist es erfindungsgemäß von Vorteil, dass für jeden Wechsel der Übersetzungsstufe lediglich ein geringer Aufwand an Verstellenergie benötigt wird, da nur ein Schaltelement aktuiert werden muss.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Hierbei zeigen:
1: eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2: eine Tabelle mit möglichen Übersetzungsstufen.
Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Tretlager zum Antrieb eines allgemein bekannten Fahrrades eine Tretkurbelwelle 1. An der Tretkurbelwelle 1 sind nicht dargestellte Pedale angeordnet. Erfindungsgemäß umfasst diese Tretkurbelwelle 1 zwei schaltbare Kupplungen 2 und 3. Über die Kupplung 2 kann die Tretkurbelwelle 1 mit einer Hohlwelle 4 verbunden oder nicht verbunden werden. Die Hohlwelle 4 ist drehfest mit dem Sonnenrad 5 des ersten Planetenradsatzes und dem Sonnenrad 5' des zweiten Planetenradsatzes verbunden. Das Sonnenrad 5 steht mit Planetenrädern 6' des ersten Planetenradsatzes in Eingriff. Die Planetenräder 6' stehen mit weiteren Planetenrädern 6 des ersten Planetenradsatzes in Eingriff. Die Planetenräder 6' und 6 sind jeweils auf dem Planetenträger 7 des ersten Planetenradsatzes angeordnet. Der erste Planetenradsatz ist folglich mit einer positiven Standübersetzung ausgeführt. Die Planetenräder 6 stehen weiterhin im Eingriff mit dem Hohlrad 8 des ersten Planetenradsatzes. Das Hohlrad 8 ist weiterhin mit einem Kettenblatt 9 verbunden, so dass über eine Gliederkette ein Antrieb des Hinterrades und somit des Fahrrades erfolgen kann. Der Planetenträger 7 kann über eine dritte Kupplung 10 und eine vierte Kupplung 11 mit dem Planetenträger 12 des zweiten Planetenradsatzes und/oder dem Hohlrad 13 des dritten Planetenradsatzes verbunden werden. Die dritte Kupplung 10 und vierte Kupplung 11 sind folglich wie auch die erste Kupplung 2 und die zweite Kupplung 3 einzeln oder aber gemeinsam schalt- oder lösbar. Das Sonnenrad 5' des zweiten Planetenradsatzes steht mit Planetenrädern 14 in Eingriff. Die Planetenräder 14 sind auf dem Planetenträger 12 angeordnet und stehen mit dem Hohlrad 15, das gleichzeitig der Planetenträger des dritten Planetenradsatzes ist, in Eingriff. Das Sonnenrad 16 des dritten Planetenradsatzes ist mit dem Gehäuse 17 der Vorrichtung zum Antrieb des Fahrrades verbunden. Das Sonnenrad 16 steht in Eingriff mit Planetenrädern 18. Die Planetenräder 18 sind auf dem Planetenträger 15 angeordnet und stehen weiterhin mit dem Hohlrad 13 in Eingriff. Das Hohlrad 8 kann zur Antriebsunterstützung mit einer nicht dargestellten elektrischen Maschine über ein Stirnrad 19 in Verbindung stehen. Für einen Wechsel der Übersetzungsstufen stehen die Kupplungen 2, 3, 10, 11 und eine Kupplung 20, die den Planetenträger 15 des dritten Planentensatzes beziehungsweise das Hohlrad 15 des zweiten Planetenradsatzes mit dem Gehäuse 17 verbinden oder nicht verbinden kann, zur Verfügung. Über die Kupplung 3 kann die Tretkurbelwelle 1 weiterhin mit dem Planetenträger 12 des zweiten Planetenradsatzes verbunden oder nicht verbunden werden. Wie in 2 gezeigt, können durch das einzelne oder gemeinsame Ansteuern der Kupplungen 2, 3, 10, 11 und 20 acht Übersetzungsstufen eingestellt werden. Die Aktuierung, also die Betätigung der ersten Kupplung 2 und der zweiten Kupplung 3 jeweils einzeln oder zusammen erfolgt über ein nicht dargestelltes Schaltelement, wie eine Klauenmuffe, die axial verschiebbar auf der Tretkurbelwelle 1, beispielsweise mittels einer Keilwellenverzahnung drehfest gelagert ist. Diese Klauenmuffe weist drei Schaltstellungen auf, mittels derer die Kupplungen 2 und 3 entweder einzeln oder gemeinsam geschlossen werden können, so dass jeweils eine drehfeste Verbindung zwischen Tretkurbelwelle 1 und Hohlwelle 4 und/oder dem Planetenträger 12 hergestellt werden kann. Die Klauenmuffe weist entsprechende Schaltverzahnungen am Außenumfang auf, welche in entsprechend komplementäre Schaltverzahnungen der Hohlwelle 4 und/oder dem Planetenträger 12 eingreifen. Die Kupplungen 10 und 11 werden mit einem Schaltelement aktuiert, das beispielsweise als Schaltmuffe ausgeführt ist, welche am Innenumfang Schaltverzahnungen aufweist, die in komplementäre Schaltverzahnungen in den Planetenträgern 7 und 12 und dem Hohlrad 13 eingreifen, so dass die Kupplungen 10 und 11 einzeln oder in Kombination geschaltet werden können. Die Kupplung 20 ist beispielsweise als Druckplatte ausgeführt, die mehrere Klauen aufweist, welche durch eine Axialbewegung der Druckplatte in den Planetenträger 15 eingreifen können, so dass der Planetenträger 15 mit dem Gehäuse 17 verbunden werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4027365 A1 [0002]
AT 389499 B [0003]

Claims

Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrrades, wobei Pedale über Pedalarme mit einer Tretkurbelwelle verbunden sind, wobei die Tretkurbelwelle über mindestens zwei schaltbare Kupplungen mit mehreren Planetenradsätzen verbunden oder nicht verbunden werden kann.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1, wobei die Tretkurbelwelle über die mindestens zwei schaltbaren Kupplungen mit mehreren Planetenradsätzen mittels eines einzigen gemeinsamen Schaltelements verbunden oder nicht verbunden werden kann.
Vorrichtung nach Patentanspruch 2, wobei die Tretkurbelwelle über jede einzelne der mindestens zwei schaltbaren Kupplungen unabhängig von der mindestens einen weiteren schaltbaren Kupplung mit jeweils einem Planetenradsatz oder mehreren Planetenradsätzen mittels des einzigen gemeinsamen Schaltelementes verbunden oder nicht verbunden werden kann.
Vorrichtung nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei die Tretkurbelwelle über die mindestens zwei schaltbaren Kupplungen gemeinsam mit jeweils einem oder mehreren Planetenradsätzen mittels des einzigen gemeinsamen Schaltelementes verbunden oder nicht verbunden werden kann.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 4, wobei die Tretkurbelwelle über die mindestens zwei schaltbaren Kupplungen mit mindestens drei Planetenradsätzen verbunden oder nicht verbunden werden kann.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 5, wobei über die erste Kupplung die Sonnenräder eines ersten und eines zweiten Planetenradsatzes mit der Tretkurbelwelle verbunden oder nicht verbunden werden, wobei über eine zweite Kupplung der Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes mit der Tretkurbelwelle verbunden oder nicht verbunden werden kann, wobei weiterhin der Planetenträger des ersten Planetenradsatzes über eine dritte und eine vierte Kupplung mit dem Planetenträger des zweiten Planetenradsatzes und/oder dem Hohlrad des dritten Planetenradsatzes verbunden oder nicht verbunden werden kann, wobei weiterhin der Planetenträger des dritten Planetenradsatzes als Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes wirkt und mittels eines weiteren Schaltelementes mit einem Gehäuse der Vorrichtung verbunden oder nicht verbunden werden kann.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 6, wobei einer der Planetenradsätze mit einem Kettenblatt zur Übertragung der Drehbewegung an das Hinterrad des Fahrrades mittels einer Gliederkette verbunden ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 6 und 7, wobei der erste Planetenradsatz mit einem Kettenblatt verbunden ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 1 bis 8, wobei eine elektrische Maschine zum zusätzlichen oder alleinigen Antrieb des Fahrrades oder zur Rückgewinnung von Energie mit einem der Planetenradesätze verbunden ist.
Vorrichtung nach Patentanspruch 6 und 9, wobei der erste Planetenradsatz mit einer elektrischen Maschine verbunden ist.