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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft Antriebssysteme für Zweiräder, insbesondere Antriebssysteme mit Elektromotoren, die radnabenfern angeordnet sind.
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Stand der Technik
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Elektrische Antriebssysteme für Zweiräder unterscheiden grundsätzlich durch den Ort der Anordnung des Antriebsmotors. So können bei elektrisch betriebenen Zweirädern Radnabenmotoren beispielsweise als Direktantriebe im Hinterrad vorgesehen werden. Alternative Ausführungen von Antriebssystemen sehen die Anordnung des Antriebsmotors radnabenfern vor, wobei der Antriebsmotor rahmen- oder schwingenfest entweder in der Mitte des Zweirads oder in Radnähe positioniert wird.
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Bei einem radnabenfern angeordneten Antriebsmotor werden die Antriebsmomente in der Regel mithilfe einer Untersetzung übertragen, die eine Ketten- oder Zahnriemen-Momentenübertragung aufweist. Die für Zweiräder vorgesehenen Untersetzungen bieten zumeist keinen Gangwechsel an, sondern sind als Ein-Gang-Versionen ausgeführt. Die Untersetzung wird entsprechend auf eine vorgegebene Maximalgeschwindigkeit ausgelegt. Eine derartige Konfiguration hat bei radnabenfernen Antriebsmotoren den Nachteil, dass zum Erreichen ausreichender Anfahrmomente entsprechend drehmomentenstarke Antriebsmotoren vorgesehen werden müssen. Diese Antriebsmotoren werden jedoch in mehr als 70% ihrer Zyklusbetriebszeit im Teillastbetrieb betrieben, worin diese einen geringeren Wirkungsgrad aufweisen.
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Durch Einsatz eines Zweiganggetriebes kann bei entsprechender Auslegung der verfügbaren Untersetzungen der Zykluswirkungsgrad und damit die Reichweite um bis zu 10% erhöht werden. Bekannt ist das Vorsehen von Zweiganggetrieben, bei denen die Gangwahl mit vorwiegend stirnverzahnten Getrieben erfolgt, die gemeinsam mit dem Antriebsmotor am Hinterrad positioniert sind. Diese Anordnung erhöht jedoch die Asymmetrie der Gewichtsverteilung im Bereich des Hinterrads und erlaubt nur eine, in ihrer Funktion sehr beschränkte, Schaltaktuatorik. So kann beispielsweise eine der Fahrstufen nur dann verwendet werden, wenn der Schaltaktuator in dieser Zeit mit einem kontinuierlichen Haltestrom beaufschlagt wird, was die Energieersparnis reduziert.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem für ein Zweirad zur Verfügung zu stellen, das wahlweise das Vorsehen eines Ein-Gang- oder Mehr-Gang-Getriebes ermöglicht, ohne dass durch die Wahl der Getriebevariante der Bauraum wesentlich beeinflusst wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch das Antriebssystem für das Antriebsrad eines Zweirads gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt ist ein Antriebssystem für ein Antriebsrad eines Zweirades vorgesehen, umfassend;
- – einen Antriebsmotor;
- – ein Hinterrad, das an einer Hinterradschwinge angeordnet ist,;
- – eine Ketten oder Zahnriemenkopplung zum Bereitstellen einer Untersetzung und zum Übertragen eines Antriebsmomentes auf das Hinterrad,
wobei der Antriebsmotor mit einem Getriebe gekoppelt ist, um zusätzlich zur Untersetzung der Ketten oder Zahnriemenkopplung eine weitere Untersetzung bereitzustellen, wobei der Antriebsmotor und das Getriebe modular ausgebildet sind.
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Eine Idee des obigen Antriebssystems besteht darin, einen radnabenfernen Antriebsmotor an einer Hinterradschwinge anzuordnen und diesen über eine Ketten- oder Zahnriemenkopplung an das Antriebsrad zu koppeln. Ein eingängiges Getriebemodul oder mehrgängiges Getriebemodul zur Gangwahl ist dabei modular ausgebildet und kann unmittelbar an dem Antriebsmotor zwischen den Schwingenarmen angeordnet werden. Eine solche Konfiguration erlaubt eine Variantenbildung bei Antriebssystemen für Zweiräder, und zwar durch den einfachen Austausch des Getriebemoduls. Die Gesamtuntersetzung durch das Getriebemodul und die Ketten- oder Zahnriemenkopplung kann einfach an unterschiedliche Hinterradfelgendurchmesser angepasst werden, indem die Untersetzung der Ketten- oder Zahnriemenkopplung angepasst wird. Ein Vorsehen gesonderter Varianten für das Antriebssystem je nach Anzahl der Gänge ist dadurch nicht notwendig.
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Weiterhin kann der Antriebsmotor mit dem Getriebe entweder an der Hinterradschwinge zwischen einer Schwingenachse und dem Hinterrad oder rahmenfest angeordnet sein.
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Alternativ kann die Hinterradschwinge zwei Schwingenarme aufweisen, zwischen denen das Hinterrad drehbar gelagert ist, wobei der Antriebsmotor mit dem Getriebe zwischen dem Hinterrad und einer Schwingenachse der Hinterradschwinge und zwischen den Schwingenarmen angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das Getriebe wahlweise als Ein-Gang- oder als schaltbares Mehr-Gang-Getriebe ausgelegt sein, wobei eine mit der Ketten oder Zahnriemenkopplung verbundene Abtriebswelle des Getriebes koaxial zu einer Abtriebswelle des Antriebsmotors angeordnet ist.
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Insbesondere kann die Abtriebswelle des Getriebes direkt mit einem Ritzel oder einer vorderen Riemenscheibe als Teil der Ketten oder Zahnriemenkopplung verbunden sein.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems für ein Antriebsrad eines Zweirads; und
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2 ein Drehmomenten-Drehzahl-Diagramm zur Veranschaulichung von Auslegungsvarianten des Antriebssystems.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebssystems 1 für ein Zweirad (nicht gezeigt). Das Antriebssystem 1 umfasst eine Hinterradschwinge 2, die vorzugsweise als Zweiarmschwinge ausgeführt ist, jedoch auch als Einarmschwinge ausgebildet sein kann.
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Die Hinterrradschwinge 2 ist an einer Schwingachse 7 angeordnet, so dass die Hinterradschwinge 2 gelagert an dem Rahmen des Zweirads gehalten wird und sich um die Schwingachse 7 verschwenken kann. Die Hinterradschwinge 2 wird zudem in bekannter Weise von einer Federung (nicht gezeigt) an dem Rahmen des Zweirads abgestützt.
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An einem der Schwingachse 7 gegenüberliegenden Ende der Hinterradschwinge 2 ist ein Hinterrad 3 an einer Hinterradachse 4 durch geeignete Lager angebracht, so dass das Hinterrad 3 zwischen den Schwingenarmen der Hinterradschwinge 2 gehalten wird. An der Hinterradachse 4 ist ein Felgenkörper 5 angeordnet, der mit einem Kettenrad 6 fest verbunden ist.
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Zwischen der Schwingachse 7 und dem Hinterrad 3 ist ein Antriebsmotor 8, insbesondere ein Elektromotor, angeordnet. Der Antriebsmotor 8 befindet sich zwischen den Schwingenarmen der Hinterradschwinge 2 und treibt ein Ritzel 11 an, dessen Drehachse im Wesentlichen rechtwinklig zur Ausrichtung der Hinterradschwinge 2 verläuft. Das Ritzel 11 ist über eine Kette 9 mit dem Kettenrad 6, das fest mit dem Felgenkörper 5 verbunden ist, gekoppelt, um eine Kettenkopplung mit einer Untersetzung zu bilden.
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In einer alternativen Ausführungsform kann das Kettenrad 6 durch eine hintere Riemenscheibe, das Ritzel 11 durch eine vordere Riemenscheibe und die Kette 9 durch einen Zahnriemen ersetzt sein, um eine Zahnriemenkopplung mit der Untersetzung zu realisieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Antriebsmotor 8 auch in der Nähe der Schwingachse 7 rahmenfest montiert sein.
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Es ist nun ein Getriebe 10 als ein separates Getriebemodul vorgesehen, das zwischen dem Antriebsmotor 8 und dem Ritzel 11 angeordnet ist und eine entsprechende Untersetzung koaxial zwischen einer Abtriebswelle des Antriebsmotors 8 und dem Ritzel 11 zur Verfügung stellt. Auf diese Weise kann ein flexibles Antriebssystem geschaffen werden, das wahlweise mit einem Untersetzungsoder Schaltgetriebe ausgelegt werden kann, ohne dass dadurch die Gesamtanordnung im Antriebssystem 1 verändert werden muss. Das Getriebe 10 kann dazu vor der Montage mit dem Antriebsmotor 8 verbunden werden, z.B. durch Verschrauben oder dergleichen und anschließend an die Hinterradschwinge 2 montiert werden.
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Das Getriebe 10 ist vorzugsweise ein flachbauendes, verzahntes Getriebe, das eingängig oder schaltbar zweigängig ausgeführt sein kann. Das Getriebe 10 ist räumlich zwischen einem Anschlussflansch des Antriebsmotors 8 hin zur Triebschwinge oder zum Rahmen des Zweirads und dem Ritzel 11 angeordnet. Um das Antriebssystem 1 auszulegen wird vorzugsweise die Größe des Kettenrads 6 an die Größe, d. h. an den Durchmesser, des Felgenkörpers 5 angepasst. Dadurch kann das Getriebe 10 unabhängig von der Wahl der Größe des Hinterrads 3 vorgesehen.
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In 2 ist für eine angenommene Untersetzung durch das Ritzel 11 und das Kettenrad 6 eine Drehmomenten-Drehzahl-Kennlinie für zwei verschiedene Getriebe dargestellt. Die Kennlinien geben den Verlauf des vom Hinterrad bereitgestellten Drehmoments bezüglich seiner Drehzahl an. In dem Fall, dass das Getriebe 10 keine Schaltmöglichkeit aufweist, kann eine Kennlinie entsprechend der Kennlinie K1 gewählt werden. Die Kennlinie K1 ist in diesem Fall so gewählt, dass eine Maximalgeschwindigkeitsvorgabe MG in Form einer maximalen Drehzahl nicht überschritten werden kann.
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Wird das Getriebe 10 als Zwei-Gang-Getriebe ausgelegt, so können die entsprechenden Kennlinien als die Kennlinie K2 für den ersten Gang und als die Kennlinie K3 für den zweiten Gang vorgesehen werden. Dadurch ergibt sich ein verbessertes Anfahr- und Steigvermögen an steilen Rampen und eine höhere Motorlast bei der Maximalgeschwindigkeitsvorgabe MG. Dadurch kann bei längerfristigem Betrieb ein Teillastbereich des Antriebsmotors 8 mit einen ungünstigeren Maschinenwirkungsgrad vermieden werden.
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Das obige Antriebssystem 1 eignet sich insbesondere zum Einsatz in batterieelektrisch betriebenen Zweirädern. Weiterhin ist das obige Antriebssystem 1 gleichermaßen für eine rahmenfeste als auch für eine schwingenfeste Anordnung des Antriebsmotors geeignet.
