DE102013211431B4 - Driving device for driving a bicycle with a tension shaft gear and bottom bracket for a bicycle and a bicycle - Google Patents
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Abstract
Antriebsvorrichtung (2) zum Antreiben eines Fahrrades, aufweisend einen Antriebsmotor (20), der mit einem Getriebe in Wirkverbindung steht, und mit einem Zugmittelträger (4) für ein Zugmittelgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein flextopffreies Spannungswellengetriebe aufweist und/oder dass das Getriebe ein Spannungswellengetriebe aufweist, dessen Flexspline ringförmig ausgebildet ist.Drive device (2) for driving a bicycle, comprising a drive motor (20), which is operatively connected to a transmission, and a traction means carrier (4) for a traction mechanism, characterized in that the transmission has a Flextopffieies wave transmission and / or that Gear has a voltage wave transmission, the Flexspline is annular.
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Fahrrades, aufweisend einen Antriebsmotor, der mit einem Getriebe in Wirkverbindung steht, und mit einem Zugmittelträger für ein Zugmittelgetriebe.The invention relates to a drive device for driving a bicycle, comprising a drive motor, which is operatively connected to a transmission, and with a traction means carrier for a traction mechanism.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Tretlager für ein Fahrrad sowie ein Fahrrad. The invention also relates to a bottom bracket for a bicycle and a bicycle.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von unterschiedlich ausgebildeten Antriebsvorrichtungen zum Antreiben eines Fahrrads bekannt. From the prior art, a plurality of differently shaped drive devices for driving a bicycle are known.
Die bekannten Antriebsvorrichtungen weisen eine Vielzahl von Nachteilen auf, wie beispielsweise eine große Ausbildung, einen komplizierten Aufbau und/oder eine umständliche Fertigung. The known drive devices have a number of disadvantages, such as a large training, a complicated structure and / or a cumbersome production.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung bereitzustellen, die gegenüber den bekannten Antriebsvorrichtungen verbessert ist. The object of the present invention is to provide a drive device which is improved over the known drive devices.
Die Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Getriebe ein flextopffreies Spannungswellengetriebe aufweist und/oder dass das Getriebe ein Spannungswellengetriebe aufweist, dessen Flexspline, insbesondere ausschließlich, ringförmig ausgebildet ist.The object is achieved by a drive device with the features of
Ein derart ausgebildetes Getriebe bietet den Vorteil, dass die Antriebsvorrichtung besonders kompakt ausgebildet sein kann und insbesondere mehr Bauraum für andere Bauteile, wie beispielsweise einen Antriebsmotor oder ein Elektronikmodul oder für Drehmoment- und/oder Drehzahlsensoren, zur Verfügung steht. Daher eignet sich ein solches Spannungswellengetriebe erfindungsgemäß insbesondere zum Einsatz in Bereichen eines Fahrrades, wie beispielsweise in Tretlagern von Fahrrädern, wo wenig Platz zum Einbau des Getriebes zur Verfügung steht. Such a trained transmission has the advantage that the drive device can be designed to be particularly compact and in particular more space for other components, such as a drive motor or an electronic module or for torque and / or speed sensors, is available. Therefore, such a voltage wave transmission according to the invention is particularly suitable for use in areas of a bicycle, such as in pedal bearings of bicycles, where little space for installation of the transmission is available.
Weiterhin wird die Aufgabe durch ein Tretlager für ein Fahrrad mit der Antriebsvorrichtung und einem Fahrrad mit der Antriebsvorrichtung oder dem Tretlager gelöst. Furthermore, the object is achieved by a bottom bracket for a bicycle with the drive device and a bicycle with the drive device or the bottom bracket.
Bei einer besonderen Ausführung ist vorgesehen, dass ein Getriebeabtrieb unabhängig von seiner Drehrichtung drehfest mit dem Zugmittelträger verbunden ist.In a particular embodiment, it is provided that a transmission output is independent of its direction of rotation rotatably connected to the traction means carrier.
Der Getriebeabtrieb kann direkt oder indirekt mit dem Zugmittelträger verbunden sein. Durch die zuvor genannte drehfeste Verbindung des Getriebeabtriebs mit dem Zugmittelträger ist sichergestellt, dass sich der Getriebeabtrieb unabhängig von der Drehrichtung des Zugmittelträgers mit diesem in die gleiche Drehrichtung dreht. The transmission output can be connected directly or indirectly with the traction means. By the above-mentioned rotationally fixed connection of the transmission output to the traction means is ensured that the transmission output rotates regardless of the direction of rotation of the traction means carrier with this in the same direction of rotation.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass durch die zuvor genannte Verbindung des Getriebeabtriebs mit dem Zugmittelträger im motorseitigen Antriebsstrang eine Freilaufkupplung entfallen kann beziehungsweise von vornherein unnötig ist, wodurch sich der technische Aufbau der Antriebsvorrichtung vereinfacht und die Antriebsvorrichtung kompakter ausgebildet ist. Insbesondere ist es durch die Erfindung in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass die Vereinigung des vom Antriebsmotor erzeugten Drehmoments mit dem vom pedalierenden Fahrer aufgebrachten Drehmoment erst unmittelbar vor dem Zugmittelträger erfolgt. Hierbei kann vorgesehen sein, dass im tretkurbelseitigen Antriebsstrang ein Freilauf vorhanden ist, um zu verhindern, dass sich die Tretkurbeln motorgetrieben auch dann mitdrehen, wenn der Fahrer gerade nicht pedaliert.The invention has the advantage that can be omitted by the aforementioned connection of the transmission output with the traction means in the engine-side drive train one-way clutch or is unnecessary from the outset, whereby the technical structure of the drive device simplified and the drive device is made more compact. In particular, it is advantageously made possible by the invention that the combination of the torque generated by the drive motor with the torque applied by the pedaling driver only takes place immediately before the traction means carrier. It can be provided that in the crank-side drive train, a freewheel is available to prevent the cranks motor-driven rotate even when the driver is not pedaling.
Natürlich ist es nicht ausgeschlossen, dass auch im motorseitigen Antriebsstrang eine Freilaufkupplung angeordnet ist. Vielmehr ist nach einem besonderen Erfindungsgedanken im motorseitigen Antriebsstrang eine Freilaufkupplung vorgesehen oder eine schaltbare Kupplung vorgesehen, durch die das Getriebe von dem Zugmittelträger und dem fahrerseitigen Antriebsstrang abkoppelbar ist oder, vorzugsweise automatisch, abgekoppelt ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass der pedalierende Fahrer bei abgeschaltetem Antriebsmotor das Getriebe nicht zurücktreiben muss. In einem solchen Fall ist es sogar möglich, ein selbsthemmendes Getriebe zu verwenden.Of course, it is not excluded that an overrunning clutch is arranged in the engine-side drive train. Rather, a one-way clutch is provided or a switchable clutch provided by a particular idea of the invention in the engine-side drive train through which the transmission of the traction means and the driver-side drive train can be decoupled or, preferably automatically disconnected. This has the particular advantage that the pedaling driver does not have to drive back the gearbox with the drive motor switched off. In such a case, it is even possible to use a self-locking gear.
In einer Ausführung ist das Getriebe als nicht selbsthemmendes Getriebe ausgebildet. Dadurch ist sichergestellt, dass sich der Getriebeabtrieb bei abgeschaltetem Antriebsmotor drehen kann. Insbesondere ist sichergestellt, dass sich der Getriebeabtrieb durch einen Teil des von dem pedalierenden Fahrer aufgebrachten Drehmoments in die gleiche Richtung wie der Zugmittelträger drehen kann, wenn dazwischen keine Kupplung vorgesehen ist. In one embodiment, the transmission is designed as a non-self-locking gear. This ensures that the gearbox output can rotate when the drive motor is switched off. In particular, it is ensured that the transmission output can rotate through a part of the torque applied by the pedaling driver in the same direction as the traction means carrier, if no clutch is provided therebetween.
Der Zugmittelträger kann ein Kettenblatt für eine Kette als Zugmittel aufweisen. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass der Zugmittelträger mehrere unterschiedlich große Kettenblätter aufweist. Alternativ kann der Zugmittelträger eine Riemenscheibe und das Zugmittel ein Riemen, wie beispielsweise ein Keilriemen, Zahnriemen, Rippenriemen oder ein Flachriemen sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass an einem Rad des Fahrrades wenigstens ein weiterer Zugmittelträger vorhanden ist, der über das Zugmittel mit dem Zugmittelträger in Wirkverbindung steht.The traction means carrier may have a chainring for a chain as a traction means. In particular, it can also be provided that the traction means carrier has a plurality of chainrings of different sizes. Alternatively, the traction means carrier may be a pulley and the traction means may be a belt, such as a V-belt, toothed belt, ribbed belt or a flat belt. It is preferably provided that at least one further traction means carrier is present on a wheel of the bicycle, which is in operative connection with the traction means carrier via the traction means.
Der Getriebeabtrieb kann einen Dynamic Spline und/oder einen Circular Spline aufweisen. The transmission output may have a dynamic spline and / or a circular spline.
Diese Bauteile können insbesondere als Hohlräder mit einer Innenverzahnung sein, welche im Zahneingriff mit der Außenverzahnung eines flexiblen Getriebebauteils stehen. Dieses Getriebebauteil (Flexspline) ist elastisch verformbar.These components may be in particular as ring gears with an internal toothing, which in meshing engagement with the external toothing of a flexible transmission component stand. This transmission component (Flexspline) is elastically deformable.
Der Zugmittelträger kann unabhängig von seiner Drehrichtung drehfest mit dem Dynamic Spline oder dem Circular Spline, insbesondere eines Spannungswellengetriebes, verbunden sein. Der Dynamic Spline oder der Circular Spline des Getriebes können relativ zu einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung oder eines Fahrrads, insbesondere eines Tretlagergehäuses, ortsfest angeordnet sein. Dies bedeutet, dass sich eines der beiden Bauteile im Betrieb nicht dreht. Die ortsfeste Anordnung kann durch Verbinden des Dynamic Splines oder des Circular Splines mit dem Gehäuse mittels eines Verbindungsmittels, wie beispielsweise einer Schraube, erreicht werden. Natürlich ist auch jede andere Verbindungsart möglich. So könnte das Dynamic Spline oder das Circular Spline in das Gehäuse eingepresst werden.Independently of its direction of rotation, the traction means carrier can be connected in a rotationally fixed manner to the Dynamic Spline or the Circular Spline, in particular a stress wave transmission. The dynamic spline or the circular spline of the transmission can be arranged stationary relative to a housing of the drive device or a bicycle, in particular a bottom bracket shell. This means that one of the two components does not rotate during operation. The fixed arrangement can be achieved by connecting the Dynamic Spline or Circular Spline to the housing by means of a connection means such as a screw. Of course, any other type of connection is possible. So could the Dynamic Spline or Circular Spline be pressed into the housing.
Alternativ oder zusätzlich können der Dynamic Spline oder der Circular Spline des Getriebes einstückig mit einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung oder eines Fahrrads, insbesondere eines Tretlagergehäuses, ausgebildet sein. Im Ergebnis lässt sich auf einfache Weise eine genaue, spielfreie Drehmomentübertragung von dem Antriebsmotor, insbesondere Elektromotor, der Antriebsvorrichtung auf den Zugmittelträger erreichen. Alternatively or additionally, the dynamic spline or the circular spline of the transmission can be formed integrally with a housing of the drive device or a bicycle, in particular a bottom bracket housing. As a result, a precise, backlash-free torque transmission from the drive motor, in particular the electric motor, of the drive device to the traction means carrier can be achieved in a simple manner.
Die Antriebsvorrichtung kann nach einem unabhängigen Erfindungsgedanken als Antriebsmodul ausgebildet sein, das in ein Gehäuse eines Fahrrads, vorzugsweise in ein Tretlagergehäuse oder einen Rahmen oder einen Flansch des Fahrrades, einschiebbar ist. Es ist auch möglich, dass das Antriebsmodul an einen Fahrradrahmen angeflanscht wird.The drive device may be formed according to an independent inventive idea as a drive module which is in a housing of a bicycle, preferably in a bottom bracket shell or a frame or a flange of the bicycle, inserted. It is also possible that the drive module is flanged to a bicycle frame.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Antriebsmodul, bereits beim Einschieben, vorzugsweise automatisch mittels Führungen und/oder Anschlägen, drehfest in dem Gehäuse fixiert wird. Ein zusätzlicher Arbeitsschritt zum Fixieren ist hierdurch vorteilhaft vermieden. Auch ist, beispielsweise im Falle einer Reparatur, die Demontage wesentlich erleichtert.In particular, it can be provided that the drive module, during insertion, preferably automatically by means of guides and / or stops, rotatably fixed in the housing. An additional step for fixing is thereby advantageously avoided. Also, for example, in the case of a repair, the dismantling much easier.
Im Sinne der Erfindung wird als Einschieben des Antriebsmoduls jede mögliche Art eines Einbringens eines Antriebsmoduls in ein Gehäuse des Fahrrads verstanden. Dabei kann ein Antriebsvorrichtungsgehäuse beziehungsweise ein Gehäuse des Antriebsmoduls zusammen mit dem Gehäuse des Fahrrads einen Raum im Gehäuse abschließen, in den das Antriebsmodul eingeschoben wurde. For the purposes of the invention, any possible type of introduction of a drive module into a housing of the bicycle is understood as insertion of the drive module. In this case, a drive device housing or a housing of the drive module together with the housing of the bicycle complete a space in the housing into which the drive module has been inserted.
Das Gehäuse des Fahrrads kann rohrförmig ausgebildet sein. Im Sinne der Erfindung wird als ein rohrförmiges Gehäuse ein Gehäuse verstanden, das ein Profil aufweist, das im Querschnitt in sich geschlossen ist. Bei dem Gehäuse kann es sich um ein Tretlagergehäuse eines Fahrrads handeln. Das Ausbilden der Antriebsvorrichtung als Antriebsmodul bietet den Vorteil, dass der Einbau oder Ausbau der Antriebsvorrichtung in das Gehäuse des Fahrrads, insbesondere auch im Nachrüstverfahren, einfach ist und schnell erfolgen kann. Darüber hinaus besteht der besondere Vorteil, dass das Antriebsmodul insgesamt sowohl räumlich, als auch zeitlich separat vormontiert und vormontierte Baugruppe vorgehalten und bei Bedarf verbaut werden kann.The housing of the bicycle may be tubular. For the purposes of the invention is understood as a tubular housing, a housing having a profile which is closed in cross section in itself. The housing may be a bottom bracket shell of a bicycle. The formation of the drive device as a drive module has the advantage that the installation or removal of the drive device in the housing of the bicycle, especially in the retrofit process, is simple and can be done quickly. In addition, there is the particular advantage that the drive module in total both spatially, as well as temporally pre-assembled and preassembled module held and can be installed if necessary.
Die Antriebsvorrichtung kann insbesondere modular aufgebaut sein und kann beispielsweise ein Motor-Getriebe-Modul beinhalten.The drive device may in particular be modular and may include, for example, a motor-transmission module.
In einer Ausführung weist die Antriebsvorrichtung eine Elektronik auf, die nach einem eigenständigen Erfindungsgedanken insbesondere aus wenigstens einem Elektronikmodul gebildet ist.In one embodiment, the drive device to an electronics, which is formed according to an independent idea of the invention, in particular from at least one electronic module.
Die Elektronik kann einen Sensor, wie beispielsweise einen Drehmomentsensor, aufweisen. Ferner kann die Elektronik eine Leistungseinheit, einen Speicher, eine Steuervorrichtung oder dergleichen aufweisen. Das Vorsehen eines von dem Antriebsmodul separaten Elektronikmoduls oder mehrerer, miteinander verbindbarer Elektronikmodule bietet den Vorteil, dass bei einem Defekt der Elektronik nicht mehr die gesamte Antriebsvorrichtung ausgebaut werden muss, sondern nur noch das Elektronikmodul. The electronics may include a sensor, such as a torque sensor. Furthermore, the electronics may comprise a power unit, a memory, a control device or the like. The provision of a separate from the drive module electronics module or more interconnected electronic modules has the advantage that in a defect in the electronics not the entire drive device must be removed, but only the electronic module.
Ein Elektronikmodul kann in vorteilhafter Weise separat als eigenständige Baueinheit, die die Elektronikbauteile in fertig verschalteter Weise beinhaltet, hergestellt und bevorratet werden. Darüber hinaus ist ein Elektronikmodul besser handhabbar als einzelne elektronische Bauteile, die erst beim Einbau in ein Fahrrad miteinander verschaltet werden. An electronic module can advantageously be manufactured and stored separately as an independent structural unit that contains the electronic components in a completely interconnected manner. In addition, an electronic module is easier to handle than individual electronic components, which are interconnected only when installed in a bicycle.
Darüber hinaus kann in ganz besonders vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass das Elektronikmodul (beziehungsweise wenigstens eines der Elektronikmodule, falls mehrere Elektronikmodule vorhanden sind) zusätzlich auch mechanische Bauelemente, wie beispielsweise ein Elektronikmodullager zum rotierbaren Lagern einer Welle, beinhaltet.In addition, it can be provided in a particularly advantageous manner that the electronic module (or at least one of the electronic modules, if multiple electronic modules are present) in addition also mechanical components, such as an electronic module bearings for rotatable bearings of a shaft includes.
In besonders vorteilhafter Weise kann das Elektronikmodul (beziehungsweise können die Elektronikmodule, falls mehrere Elektronikmodule vorhanden sind), elektrische und/oder mechanische Schnittstellen an andere Bauteile und/oder andere Module, wie beispielsweise elektrische Steckverbinder oder mechanische Führungen und Anschläge, aufweisen. Diese sind vorzugsweise derart ausgebildet und positioniert, dass während des Einfügens des Elektronikmoduls (beziehungsweise der Elektronikmodule) automatisch eine mechanische und/oder elektrische Verbindung hergestellt wird. Auf diese Weise sind aufwändige Montagearbeiten in engem Bauraum beim Herstellen eines Fahrrades mit einer Antriebsvorrichtung vermieden. Das Elektronikmodul kann über die Schnittstelle mit auf dem Antriebsmodul angeordneten Bauteilen verbunden werden.In a particularly advantageous manner, the electronic module (or the electronic modules, if multiple electronic modules are present), electrical and / or mechanical interfaces to other components and / or other modules, such as electrical connectors or mechanical guides and stops, have. These are preferably designed and positioned so that during the insertion of the electronic module (or the electronic modules) automatically a mechanical and / or electrical connection is made. In this way, complex assembly work in a confined space when producing a bicycle with a drive device are avoided. The electronic module can be connected via the interface with arranged on the drive module components.
Das Elektronikmodul kann beispielsweise mit dem Antriebsmotor verbunden werden. Für den Fall, dass eine Steuervorrichtung zum Steuern des Antriebsmotors nicht in dem Elektronikmodul integriert ist, kann das Elektronikmodul mit der Steuervorrichtung, die nach einem eigenständigen Erfindungsgedanken ebenfalls als Modul ausgebildet sein kann, verbunden sein. Die Verbindung kann insbesondere in der zuvor beschriebenen Weise über Steckverbinder hergestellt sein, die automatisch in Kontakt kommen, wenn die Module in ihre Einbauposition verbracht werden.The electronic module can be connected to the drive motor, for example. In the event that a control device for controlling the drive motor is not integrated in the electronic module, the electronic module can be connected to the control device, which may also be designed as a module according to an independent inventive idea. The connection may in particular be made in the manner described above via connectors which come into contact automatically when the modules are brought into their installation position.
Das Elektronikmodul kann ein eigenes Elektronikmodulgehäuse aufweisen, das die Elektronikbauteile ganz oder teilweise einhaust und/oder umschließt. Es ist insbesondere auch möglich, dass die Bauteile des Elektronikmoduls in Kunststoff eingebettet, insbesondere eingespritzt oder eingegossen sind, und dass der Kunststoff wenigstens einen Teil eines Elektronikmodulgehäuses bildet.The electronic module may have its own electronic module housing, which completely or partially einhaust the electronic components and / or encloses. In particular, it is also possible that the components of the electronic module are embedded in plastic, in particular injected or cast in, and that the plastic forms at least part of an electronic module housing.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Elektronikmodul bereits beim Einschieben, vorzugsweise automatisch mittels Führungen und/oder Anschlägen, drehfest in dem Gehäuse fixiert wird. Ein zusätzlicher Arbeitsschritt zum Fixieren ist hierdurch vorteilhaft vermieden. Auch ist, beispielsweise im Falle einer Reparatur, die Demontage wesentlich erleichtert.In particular, it can be provided that the electronics module is fixed in the housing during insertion, preferably automatically by means of guides and / or stops, rotatably. An additional step for fixing is thereby advantageously avoided. Also, for example, in the case of a repair, the dismantling much easier.
Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Motor-Getriebe-Modul und das Elektronikmodul von unterschiedlichen Seiten in ein Gehäuse des Fahrrads, insbesondere in ein Tretlagergehäuse, eingeführt, insbesondere eingeschoben, werden können und/oder an sich gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet sind. Im Ergebnis ist sichergestellt, dass ein einfacher Einbau oder Ausbau des Elektronikmoduls möglich ist. In particular, it can be advantageously provided that the engine-transmission module and the electronic module from different sides into a housing of the bicycle, in particular in a bottom bracket, introduced, in particular inserted, and / or are arranged on opposite sides of the housing. As a result, it is ensured that a simple installation or removal of the electronic module is possible.
Zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Motor-Getriebe-Modul und/oder das Elektronikmodul jeweils einen Verschluss zum Verschließen des Gehäuses aufweisen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass in das Motor-Getriebe-Modul und/oder das Elektronikmodul jeweils einen Verschluss zum Verschließen des Gehäuses integriert ist. Insbesondere kann alternativ oder zusätzlich auch vorgesehen sein, dass das Motor-Getriebe-Modul und/oder das Elektronikmodul, gegebenenfalls durch deren Verschlüsse, als Axialsicherung für mindestens eine Welle der Antriebsvorrichtung dienen.In addition, it can be advantageously provided that the motor-transmission module and / or the electronic module each have a closure for closing the housing. In particular, it can be provided that in each case a closure for closing the housing is integrated in the engine-transmission module and / or the electronic module. In particular, alternatively or additionally, it may also be provided that the motor / transmission module and / or the electronic module, if appropriate by their closures, serve as axial securing for at least one shaft of the drive device.
Das Elektronikmodul kann ein Elektronikmodullager, insbesondere ein Drehlager zum rotierbaren Lagern einer Welle, insbesondere einer Tretlagerkurbelwelle, beinhalten. Bei einer ganz besonders vorteilhaften Ausführung ist das Elektronikmodullager in Kunststoff eingebettet, insbesondere eingespritzt. Alternativ oder zusätzlich können wenigstens zwei Bauteile des Elektronikmoduls gemeinsam in Kunststoff eingebettet, insbesondere eingespritzt, sein. Insbesondere können beispielsweise wenigstens ein Elektronikmodullager und wenigstens eine Elektronik, insbesondere ein Sensor, im Kunststoff eingebettet sein. The electronic module may include an electronic module bearing, in particular a rotary bearing for rotatably supporting a shaft, in particular a bottom bracket crankshaft. In a particularly advantageous embodiment, the electronic module bearing is embedded in plastic, in particular injected. Alternatively or additionally, at least two components of the electronic module can be jointly embedded in plastic, in particular injected. In particular, for example, at least one electronic module storage and at least one electronics, in particular a sensor, may be embedded in the plastic.
Nach einem unabhängigen, besonders vorteilbehafteten Erfindungsgedanken, ist ein modularer Aufbau der Antriebsvorrichtung in der Weise verwirklicht, dass mehrere Module, wie beispielsweise ein Motor-Getriebe-Modul und ein Elektronikmodul und gegebenenfalls weitere Module, zur Herstellung der Antriebsvorrichtung zusammengefügt werden, wobei die einzelnen Module jeweils aus einer Vielzahl zuvor bereitgestellter, unterschiedlicher Module desselben Modultyps individuell und abgestimmt auf die Anforderungen an die gerade herzustellende Antriebsvorrichtung ausgewählt werden. Beispielsweise ist es möglich, zur Herstellung unterschiedlicher Antriebsvorrichtungen unterschiedlicher Antriebsleistung, unterschiedliche Motor-Getriebe-Module aus der Vielzahl zuvor bereitgestellter Motor-Getriebe-Module auszuwählen und jeweils mit einem geeigneten, ebenfalls aus einer Vielzahl zuvor bereitgestellter Elektronikmodule ausgewählten Elektronikmodul zu kombinieren. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Schnittstellen aller Module eines Modultyps stets gleich sind, so dass die individuelle Kombinierbarkeit ermöglicht ist. Darüber hinaus kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Module eines Modultyps äußerlich dieselbe Form aufweisen und/oder denselben Bauraum beanspruchen, um eine Kombinierbarkeit auch dann zu gewährleisten, wenn lediglich ein vordefinierter Bauraum, beispielsweise in einem Tretlagergehäuse, zur Verfügung steht.According to an independent, particularly advantageous idea of the invention, a modular design of the drive device is realized in such a way that several modules, such as a motor-gear module and an electronic module and possibly other modules are assembled to produce the drive device, wherein the individual modules are each selected from a variety of previously provided, different modules of the same module type individually and tailored to the requirements of the currently produced drive device. For example, it is possible, for the production of different drive devices of different drive power, to select different motor-gearbox modules from the multiplicity of previously provided motor-gearbox modules and in each case to combine them with a suitable electronic module also selected from a multiplicity of previously provided electronic modules. For this purpose, it is preferably provided that the interfaces of all modules of a module type are always the same, so that the individual combinability is possible. In addition, it may be advantageously provided that the modules of a module type externally have the same shape and / or claim the same space to ensure combinability even if only a predefined space, for example in a bottom bracket shell, is available.
Die Antriebsvorrichtung kann nach einem unabhängigen Erfindungsgedanken eine räumlich integrierte Steuervorrichtung zum Erfassen von Sensorsignalen und/oder zum Steuern, insbesondere zur Steuerung der Kommutierung, des Antriebsmotors aufweisen. Die Steuervorrichtung kann insbesondere in die Elektronik und/oder ein Elektronikmodul integriert sein. Die Steuervorrichtung kann unmittelbar an einem Elektronikgehäuse beziehungsweise Elektronikmodulgehäuse angeordnet sein. Durch das Anordnen der Steuervorrichtung in dem Elektronikmodul ist beispielsweise sichergestellt, dass ein Austausch einer beispielsweise defekten Steuervorrichtung auf einfache Weise, nämlich durch Austausch des gesamten Moduls, möglich ist.According to an independent concept of the invention, the drive device may have a spatially integrated control device for detecting sensor signals and / or for controlling, in particular for controlling the commutation, of the drive motor. The control device can be integrated in particular in the electronics and / or an electronic module. The control device can be arranged directly on an electronics housing or electronic module housing. By arranging the control device in the electronic module, it is ensured, for example, that a replacement of an example defective control device in a simple manner, namely by replacing the entire module, is possible.
Durch das Vorsehen der Steuervorrichtung in der Antriebsvorrichtung kann vermieden werden, dass zusätzlich zu Leitungen zum Übertragen von elektrischer Antriebsenergie Steuerleitungen aus der Antriebsvorrichtung hinaus geführt werden müssen. By providing the control device in the drive device can be avoided that in addition to lines for transmitting electrical drive power control lines must be performed out of the drive device addition.
Die Antriebsvorrichtung, insbesondere die Elektronik der Antriebsvorrichtung, kann wenigstens einen Drehzahlsensor und/oder wenigstens einen Drehmomentsensor aufweisen. Der Drehmomentsensor kann derart ausgebildet sein, dass er nach dem magnetostriktiven Prinzip arbeitet. The drive device, in particular the electronics of the drive device, can have at least one rotational speed sensor and / or at least one torque sensor. The torque sensor can be designed such that it operates according to the magnetostrictive principle.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Drehmomentsensor – direkt oder indirekt – das auf eine Welle, insbesondere eine Welle, die eine Tretlagerkurbelwelle aufweist, oder Teile einer solchen Welle wirkenden Drehmoments ermittelt. Eine indirekte Messung eines auf eine Tretlagerkurbelwelle, die mit Tretkurbeln verbindbar ist oder mit Tretkurbeln verbunden ist, kann dadurch erfolgen, dass eine Torsion gemessen wird. In particular, it can be provided that the torque sensor - directly or indirectly - determines the torque acting on a shaft, in particular a shaft, which has a bottom bracket crankshaft, or parts of such a shaft. An indirect measurement of one on a bottom bracket crankshaft, which is connectable with cranks or connected with cranks, can be done by measuring a torsion.
Es kann in vorteilhafter Weise jedoch auch vorgesehen sein, dass die Torsion einer Welle gemessen wird, die nicht als Hohlwelle ausgebildet ist. Insbesondere kann, nach einem unabhängigen Erfindungsgedanken, auch vorgesehen sein, dass eine solche Welle mehrere Komponenten aufweist. Die Ermittlung der Drehzahl kann durch aktive oder passive Sensoren erfolgen. Insbesondere kann zum Ermitteln der Drehzahl beispielsweise ein induktiver Sensor oder ein Hallsensor eingesetzt werden, der die periodischen Feldänderungen einer rotierenden Welle erfasst, die am Außenumfang eine magnetische Markierung, beispielsweise eine Nut, einen Vorsprung oder einen Magneten, aufweist. However, it can also be provided in an advantageous manner that the torsion of a shaft is measured, which is not designed as a hollow shaft. In particular, according to an independent idea of the invention, it may also be provided that such a shaft has a plurality of components. The speed can be determined by active or passive sensors. In particular, to determine the rotational speed, for example, an inductive sensor or a Hall sensor can be used, which detects the periodic field changes of a rotating shaft having a magnetic marking, for example a groove, a projection or a magnet on the outer circumference.
Die Steuervorrichtung kann nach einem unabhängigen Erfindungsgedanken in einem Raum, insbesondere einem Raum innerhalb eines rohrförmigen Tretlagergehäuses, angeordnet sein, in dem anstatt der Steuervorrichtung eine Tretlagerkurbelwelle anordenbar ist oder umgekehrt. Eine Anordnung der Steuervorrichtung in dem zuvor genannten Raum bietet sich beispielsweise bei Fahrrädern an, die keinen Kurbelantrieb und damit keine Tretlagerkurbelwelle aufweisen (sogenannte E-Bikes). Insoweit kann der benötigte, eigentlich für eine Tretlagerkurbelwelle vorgesehene, Bauraum, den zuvor erwähnten und erläuterten Modulgedanken weiter ausbildend, je nach individueller Anforderung der gerade benötigten Antriebsvorrichtung, anderweitig genutzt werden. Bei Fahrrädern, die einen Kurbelantrieb und damit eine Tretlagerkurbelwelle aufweisen, kann die Steuervorrichtung beispielsweise in dem Elektronikmodul oder an anderer Stelle angeordnet sein. The control device can be arranged according to an independent inventive idea in a space, in particular a space within a tubular bottom bracket, in which instead of the control device a bottom bracket crankshaft can be arranged or vice versa. An arrangement of the control device in the aforementioned space is useful, for example, in bicycles that have no crank drive and thus no bottom bracket crankshaft (so-called e-bikes). In that regard, the required, actually provided for a bottom bracket crankshaft, space, the aforementioned and explained module thoughts further training, depending on the individual requirement of the drive device just required, can be used elsewhere. For bicycles having a crank drive and thus a bottom bracket crankshaft, the control device may be arranged for example in the electronic module or elsewhere.
Auf diese Weise ist es ermöglicht, unter Verwendung derselben übrigen Bauteile und/oder Module entweder ein Fahrrad mit Tretunterstützung (in diesem Fall ist in dem besagten Raum die Tretlagerkurbelwelle angeordnet) oder ein Fahrrad ohne Tretunterstützung (in diesem Fall ist in dem besagten Raum die Steuervorrichtung angeordnet) herzustellen.In this way, using the same other components and / or modules, it is possible to use either a pedal-assisted bicycle (in this case the bottom bracket crankshaft is located in said space) or a pedalless pedal (in this case, the control device is in said space arranged).
Die Antriebsvorrichtung kann eine Tretlagerkurbelwelle aufweisen, die mit Tretkurbeln verbindbar ist oder verbunden ist. Die Tretlagerkurbelwelle kann über ein Lager des Getriebes an einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung oder an einem, insbesondere rohrförmigen, Gehäuse des Fahrrades, insbesondere an einem Tretlagergehäuse des Fahrrades, abgestützt sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass kein Lager vorhanden ist, das ausschließlich die Tretlagerkurbelwelle direkt gegenüber dem Tretlagergehäuse abstützt, wie dies insbesondere bei Fahrrädern ohne Antriebsmotor seit Jahrzehnten üblich ist. Vielmehr wird nach diesem Erfindungsgedanken die Tatsache ausgenutzt, dass im Antriebsstrang eines Motorantriebes ohnehin Lager vorhanden sein müssen und dass, in synergetische Weise, eine Lagerung der Tretlagerkurbelwelle über und/oder durch diese (ohnehin nötigen) Lager erfolgen kann. Auf diese Weise kann sowohl Bauraum, als auch Material eingespart werden.The drive device may comprise a bottom bracket crankshaft which is connectable or connected with pedal cranks. The bottom bracket crankshaft can be supported via a bearing of the transmission on a housing of the drive device or on a, in particular tubular, housing of the bicycle, in particular on a bottom bracket of the bicycle. In particular, it can be provided that no bearing is present, which supports exclusively the bottom bracket crankshaft directly opposite the bottom bracket shell, as is customary in particular for bicycles without drive motor for decades. Rather, the fact is exploited according to this inventive concept that in the drive train of a motor drive anyway bearing must be present and that, in synergetic manner, a bearing of the bottom bracket crankshaft and / or can be done by this (anyway necessary) bearing. In this way, both space, as well as material can be saved.
Das Lager des Getriebes kann beispielsweise einen Getriebeabtrieb lagern. Alternativ oder zusätzlich kann die Tretlagerkurbelwelle über zwei in Reihe geschaltete Lager an einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung oder an einem, insbesondere rohrförmigen, Gehäuse des Fahrrades, insbesondere an einem Tretlagergehäuse des Fahrrades, abgestützt sein. Wie bereits erwähnt, kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass durch das Lager auch noch weitere Bauteile gelagert sind.The bearing of the transmission, for example, store a transmission output. Alternatively or additionally, the bottom bracket crankshaft can be supported via two bearings connected in series on a housing of the drive device or on a, in particular tubular, housing of the bicycle, in particular on a bottom bracket shell of the bicycle. As already mentioned, it can be advantageously provided that further components are also supported by the bearing.
In einer besonderen Ausführung kann der Antriebsmotor eine als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle aufweisen, die die Eingangswelle des Getriebes darstellt. Die Hohlwelle kann koaxial zu einer Tretlagerkurbelwelle angeordnet sein. Insbesondere kann die Hohlwelle die Tretlagerkurbelwelle wenigstens teilweise umschließen. Durch die koaxiale Anordnung und das Umschließen der Tretlagerkurbelwelle durch die Abtriebswelle lässt sich ein kompakter Aufbau der Antriebsvorrichtung realisieren. In a particular embodiment, the drive motor may have an output shaft designed as a hollow shaft, which represents the input shaft of the transmission. The hollow shaft may be arranged coaxially with a bottom bracket crankshaft. In particular, the hollow shaft may at least partially enclose the bottom bracket crankshaft. Due to the coaxial arrangement and the enclosing of the bottom bracket crankshaft through the output shaft, a compact design of the drive device can be realized.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist ein Tretlager für ein Fahrrad vorgesehen, das eine zuvor beschriebene Antriebsvorrichtung aufweist. Das Tretlager weist eine Welle auf, die – mittelbar oder unmittelbar – drehfest mit Tretkurbeln verbindbar ist oder verbunden ist. Zudem weist das Tretlager einen Drehmomentsensor auf, der eine Torsion der Welle erfasst. According to another aspect of the invention, there is provided a bottom bracket for a bicycle having a drive device as described above. The bottom bracket has a shaft which - indirectly or directly - rotatably connected to cranks or is connected. In addition, the bottom bracket has a torque sensor that detects a torsion of the shaft.
Insbesondere und nach einem unabhängigen Erfindungsgedanken kann vorgesehen sein, dass die Welle nicht als Hohlwelle, sondern als, insbesondere mehrkomponentige, Vollwelle ausgebildet ist. Durch das Vorsehen einer nicht hohlförmigen Welle kann im Ergebnis die Genauigkeit der Drehmomenterfassung verbessert werden, was im Folgenden kurz erläutert wird.In particular, and according to an independent idea of the invention can be provided that the Shaft is not designed as a hollow shaft, but as, in particular multi-component, solid shaft. As a result, by providing a non-hollow shaft, the accuracy of the torque detection can be improved, which will be briefly explained below.
Beispielsweise kann die Welle als einzelne Komponenten eine äußere Übertragungswelle, einen Zwischenabschnitt und eine innere Tretlagerkurbelwelle aufweisen, wobei die Komponenten vorzugsweise koaxial zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise ist die äußere Übertragungswelle aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material gefertigt, während der Zwischenabschnitt vorzugsweise aus einem unmagnetischen Material besteht und vorzugsweise zumindest teilweise relativ zu der Übertragungswelle und/oder zu der Tretlagerkurbelwelle beweglich angeordnet ist. Zumindest sollte die Beweglichkeit derart sein, dass die Übertragungswelle unabhängig von der Tretlagerkurbelwelle tordiert werden kann. Dadurch, dass sich die Übertragungswelle über den Zwischenabschnitt an der Tretlagerkurbelwelle abstützen kann und daher nicht oder wenig biegebelastet ist, kann die Übertragungswelle besonderes dünnwandig und damit besonderes gut tordierbar ausgebildet sein. Hierdurch wird die auf eine Torsionsmessung (beispielsweise nach dem magnetostriktiven Prinzip) an der Übertragungswelle zurückgehende Drehmomentmessung genauer, weil demselben einwirkenden Drehmoment eine größere und damit mit größerer Genauigkeit messbare Torsion zugeordnet ist.For example, the shaft may have as individual components an outer transmission shaft, an intermediate portion and an inner bottom bracket crankshaft, wherein the components are preferably arranged coaxially with each other. Preferably, the outer transmission shaft is made of a magnetic or magnetizable material, while the intermediate portion is preferably made of a non-magnetic material and is preferably arranged at least partially movable relative to the transmission shaft and / or to the bottom bracket crankshaft. At least the mobility should be such that the transmission shaft can be twisted independently of the bottom bracket crankshaft. The fact that the transmission shaft can be supported by the intermediate portion of the bottom bracket crankshaft and therefore is not or little bending load, the transmission shaft can be made special thin-walled and therefore particularly good twistable. As a result, the torque measurement originating in a torsion measurement (for example, according to the magnetostrictive principle) on the transmission shaft becomes more accurate, because the torque acting on it is associated with a larger and therefore measurable torsion with greater accuracy.
Wie erwähnt, kann ganz allgemein vorgesehen sein, dass der Drehmomentsensor eine Torsion der Übertragungswelle erfasst. Die Übertragungswelle kann aus einem ersten Material und der Zwischenabschnitt aus einem zweiten, vom ersten Material verschiedenen Material, insbesondere vollständig bestehen. Beispielsweise kann der Zwischenabschnitt aus einem, vorzugsweise unmagnetischem, Material mit geringer Haft- und Gleitreibung, beispielsweise einem Kunststoff, insbesondere Teflon, bestehen.As mentioned, it can be provided in a general way that the torque sensor detects a torsion of the transmission shaft. The transmission shaft may consist of a first material and the intermediate portion of a second, different from the first material material, in particular completely. For example, the intermediate portion of a, preferably non-magnetic material with low static and sliding friction, for example, a plastic, in particular Teflon exist.
Die Übertragungswelle kann, wie ebenfalls bereits erwähnt, den Zwischenabschnitt umgeben. Der Zwischenabschnitt kann die Tretlagerkurbelwelle wenigstens teilweise umgeben. Dabei kann die Übertragungswelle eine andere Elastizität und/oder Torsionssteifigkeit aufweisen als der Zwischenabschnitt. Ferner können die Übertragungswelle und der Zwischenabschnitt relativ zueinander beweglich, insbesondere verdrehbar, sein, so dass eine Drehmomenterfassung möglich ist. In einer alternativen Ausführung kann der Zwischenabschnitt ein Luftspalt sein, der die Übertragungswelle von der Tretlagerkurbelwelle wenigstens in einem Teilbereich trennt. As already mentioned, the transmission shaft can surround the intermediate section. The intermediate portion may at least partially surround the bottom bracket crankshaft. In this case, the transmission shaft may have a different elasticity and / or torsional stiffness than the intermediate section. Furthermore, the transmission shaft and the intermediate section may be movable relative to each other, in particular rotatable, so that a torque detection is possible. In an alternative embodiment, the intermediate portion may be an air gap separating the transmission shaft from the bottom bracket crankshaft at least in a partial area.
Nach einem besonderen, unabhängigen Erfindungsgedanken ist vorgesehen, dass die Welle, die eine Tretlagerkurbelwelle aufweist und/oder als Tretlagerkurbelwelle ausgebildet ist, mittels eines Lagers abgestützt ist, das mit dem Zugmittelträger in einer gemeinsamen Ebene angeordnet ist. Das Anordnen des Lagers und des Zugmittelträgers in einer gemeinsamen Ebene bietet den Vorteil, dass auf das Lager kein durch den Zugmittelträger bewirktes Drehmoment wirkt und dass mehr Bauraum für andere Bauteile innerhalb eines Gehäuses, insbesondere eines Tretlagergehäuses, zur Verfügung steht. Bei dem Lager kann es sich insbesondere auch um ein Lager handeln, das zusätzlich andere Bauteile der Antriebsvorrichtung, insbesondere des Getriebes, lagert, wie dies bereits weiter oben beschrieben ist.According to a particular, independent idea of the invention it is provided that the shaft, which has a bottom bracket crankshaft and / or is designed as a bottom bracket crankshaft, is supported by means of a bearing which is arranged with the traction means carrier in a common plane. The arrangement of the bearing and the Zugmittelträgers in a common plane has the advantage that acts on the bearing no effected by the traction means carrier torque and that more space for other components within a housing, in particular a bottom bracket, is available. The bearing may in particular also be a bearing which additionally supports other components of the drive device, in particular of the transmission, as has already been described above.
Das Lager und der Zugmittelträger weisen auch dann eine gemeinsame Ebene auf, wenn die Mittelebene des Lagers bezüglich der Ebene versetzt ist. Insbesondere können das Lager und der Zugmittelträger eine gemeinsame Ebene aufweisen, solange das Lager bezüglich des Zugmittelträgers nicht soweit versetzt ist, dass kein Bestandteil des Lagers durch die Ebene geschnitten wird. In einer besonderen Ausführung weisen eine Vertikalachse des Lagers und der Zugmittelträger eine gemeinsame Ebene auf. Die Mittelebene des Lagers steht zu der Wellenachse senkrecht.The bearing and the Zugmittelträger also have a common plane, when the center plane of the bearing is offset with respect to the plane. In particular, the bearing and the Zugmittelträger may have a common plane, as long as the bearing is not offset with respect to the Zugmittelträgers so far that no part of the bearing is cut through the plane. In a particular embodiment, a vertical axis of the bearing and the traction means carrier on a common plane. The median plane of the bearing is perpendicular to the shaft axis.
Die Antriebsvorrichtung kann in einem, insbesondere rohrförmigen, Tretlagergehäuse des Tretlagers angeordnet sein. Zudem kann in dem Tretlagergehäuse eine Steuervorrichtung zum Erfassen von Sensorsignalen und/oder zum Steuern, insbesondere zur Steuerung der Kommutierung, des Antriebsmotors angeordnet sein.The drive device can be arranged in a, in particular tubular, bottom bracket shell of the bottom bracket. In addition, a control device for detecting sensor signals and / or for controlling, in particular for controlling the commutation, of the drive motor can be arranged in the bottom bracket shell.
Die zuvor beschriebene Antriebsvorrichtung und das zuvor beschriebene Tretlager können in einem Fahrrad eingesetzt werden. Natürlich ist der Einsatz der Antriebsvorrichtung und des Tretlagers nicht auf das Fahrrad begrenzt. The drive device described above and the bottom bracket described above can be used in a bicycle. Of course, the use of the drive device and the bottom bracket is not limited to the bike.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:In the drawings, the subject invention is shown schematically and will be described with reference to the figures below, wherein the same or equivalent elements are usually provided with the same reference numerals. Showing:
Das in
Die Antriebsvorrichtung
Das Circular Spline
Das Tretlager
Die Übertragungswelle
Zudem wird die Drehzahl der Tretlagerkurbelwelle
Die Übertragungswelle
Die Tretlagerkurbelwelle
Im Folgenden wird der Betriebsablauf des in
Der Drehmomentsensor
Der Drehmomentsensor
Das in
Das in
Somit wird in der zweiten Schaltstellung der weiteren Kupplung
Das in
Ferner ist der topfförmige Flexspline an einem Topfboden mit dem Zugmittelträger
Das in
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Tretlager bottom bracket
- 22
- Antriebsvorrichtung driving device
- 33
- Welle wave
- 44
- Zugmittelträger Zugmittelträger
- 55
- Elektronikmodul electronic module
- 66
- Freilauf-Kupplung Overrunning clutch
- 2020
- Antriebsmotor drive motor
- 2121
- Abtriebswelle output shaft
- 2222
- Flexspline flexpline
- 22‘22 '
- topfförmiger Flexspline pot-shaped flexspline
- 2323
- Circular Spline Circular spline
- 2424
- Dynamic Spline Dynamic Spline
- 3030
- Tretkurbeln cranks
- 3131
- Übertragungswelle transmission shaft
- 3232
- Zwischenabschnitt intermediate section
- 3333
- Tretlagerkurbelwelle Tretlagerkurbelwelle
- 5050
- Drehzahlgeber Tachometer
- 5151
- Drehzahlsensor Speed sensor
- 5252
- Drehmomentsensor torque sensor
- 5353
- Verbindungsleitung connecting line
- 6060
- schaltbare Kupplung switchable coupling
- 70, 70‘70, 70 '
- erstes Lager first camp
- 7171
- zweites Lager second camp
- 7272
- Elektronikmodullager Electronic Module Available
- Ee
- Ebene level
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