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HINTERGRUND
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US-Patentanmeldung mit der Nummer
13/761,516 , eingereicht am 7. Februar 2013. Die gesamte Offenbarung der US-Patentanmeldung mit der Nummer
13/761,516 ist hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Wesentlichen eine Fahrradantriebseinheit. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Antriebseinheit für ein elektrisch unterstütztes Fahrrad.
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Hintergrundinformation
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Eine Rücktrittbremse ist herkömmlicherweise bekannt, welche an einem Fahrrad angeordnet ist (siehe beispielsweise europäische Offenbarungsschrift
EP 2 380 806 A2 (Patentzitat 1) und japanisches Patent
JP 4 959 858 B2 (Patentzitat 2)). Im Allgemeinen sind ein Fahrradkurbelarm und ein vorderes Zahnrad nicht-drehbar miteinander gekoppelt. Die Rücktrittbremse ist an einer Fahrradrücknabe angeordnet und mit dem vorderen Zahnrad wirkgekoppelt. Wenn also der Fahrradkurbelarm in einer Rückdrehrichtung gedreht ist/wird, wird die Rücktrittbremse betätigt.
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Andererseits ist ein elektrisch unterstütztes Fahrrad herkömmlicherweise bekannt, welches eine Motorausgabe als unterstützende Leistung verwendet (siehe beispielsweise japanische offenbarte Patentanmeldeschrift
JP H08- 310 478 A (Patentzitat 3)). Im Falle des elektrisch unterstützen Fahrrades wird nach Übertragung einer Pedalkraft, welche mittels der Pedale eingegeben wird, und einer Kombination der übertragenen Antriebskraft mit einer Antriebskraft seitens des Motors die kombinierte Kraft an das Hinterrad übertragen, wodurch ein Drehen des Rückrades erfolgt.
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DE 10 2011 077 903 A1 offenbart eine Antriebseinrichtung für ein Elektrorad, insbesondere für ein elektromotorisch und mit Muskelkraft hybrid betriebenes Pedelec, enthält ein Antriebsgehäuse, in dem eine Hohlwelle gelagert ist, die mit einem Kettenrad eines Kettengetriebes des Elektrorades verbunden ist, eine koaxial zur Hohlwelle angeordnete Tretkurbelwelle, die an beiden Enden mit Tretkurbeln verbunden ist, eine erste, zwischen der Hohlwelle und der Tretkurbelwelle angeordnete drehrichtungsabhängig geschaltete Kupplung und einen Elektromotor, dessen Abtrieb über eine zweite drehrichtungsabhängig geschaltete Kupplung mit der Hohlwelle verbunden ist.
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JP 2004 - 324 693 A offenbart ein eingangsseitiges Rotationselement und ein ausgangsseitiges Rotationselement, so angeordnet, dass sie in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung bezüglich eines stationären Seitenelements drehbar sind, und ein Drehmomentübertragungselement, das in Eingriff/ausgekuppelt werden kann, ist zwischen dem eingangsseitigen Rotationselement und dem ausgangsseitigen Rotationselement angeordnet, wobei ein Halter, der das Drehmomentübertragungselement hält, bewirkt, dass ein Reibwiderstand auf den Halter gegen die Drehung des Halters relativ zu dem stationären Element durch die relative Drehung bezüglich des eingangsseitigen Rotationselements wirkt, wodurch das eingangsseitige Rotationselement und der Halter gedreht werden.
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DE 10 2012 109 637 A1 offenbart eine Fahrradantriebseinheit umfassend einen Motor mit einem Loch, in das eine Kurbelachse angeordnet werden kann, einen Übertragungsmechanismus mit einer Mehrzahl von auswählbaren Übersetzungsverhältnissen und einem Abtriebsteil, das ausgebildet ist, einen Abtrieb des Übertragungsmechanismus und einen Abtrieb des Motors zusammen zu addieren.
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DE 10 2010 017 917 A1 offenbart eine Kraftübertragungseinheit für ein durch einen auf ein Kraftübertragungsmittel wirkenden Elektromotor unterstützend antreibbares Fahrrad. Die Kraftübertragungseinheit umfasst eine durch Muskelkraft um eine Drehachse antreibbare Tretlagerwelle zum Übertragen einer Antriebskraft in einer Antriebsdrehrichtung oder einer Bremskraft entgegen der Antriebsdrehrichtung auf das Kraftübertragungsmittel, insbesondere eine mit einem Kettenblatt drehfest verbundene Kette, und eine mit der Tretlagerwelle zusammenwirkende Freilaufeinheit mit einem Schalter zum Entkoppeln des unterstützenden Elektromotors von dem Kraftübertragungsmittel, wenn kein Antrieb durch Muskelkraft in der Antriebsdrehrichtung auf das Kraftübertragungsmittel übertragen wird, wobei der Schalter derart gestaltet ist, dass in einer Antriebsstellung der Tretlagerwelle ein Antriebssignal zur Übertragung an eine Steuerung des Elektromotors bereitgestellt wird, sodass der Elektromotor das Kraftübertragungsmittel unterstützend zum Antrieb durch Muskelkraft antreibt, und dass in jeder von der Antriebsstellung abweichenden Stellung der Tretlagerwelle ein von dem Antriebssignal abweichendes Freilaufsignal zur Übertragung an die Steuerung des Elektromotors bereitgestellt wird, sodass der Elektromotor angehalten oder von der Tretlagerwelle und von dem Kraftübertragungsmittel (6) entkoppelt ist.
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DE 10 2010 004 552 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Antrieb eines Fahrrades umfassend 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.
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ÜBERBLICK
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Es ist erkannt worden, dass eine Rücktrittbremse nicht einfach bei einem elektrisch unterstützen Fahrrad angewendet werden kann. Insbesondere offenbart Patentzitat 3 eine Einwegkupplung bzw. Rutschkupplung, welche angeordnet ist zwischen einem Kurbelarm bzw. einer Kurbel und einem vorderen Zahnrad bzw Kettenrad. Die Einwegkupplung verhindert eine Drehung des Kurbelarms infolge einer Drehung eines Elektromotors. Jedoch ist erkannt worden, dass im Falle einer Drehung der Kurbel in einer Rückwärtsdrehrichtung das vordere Zahnrad nicht dreht. Auch im Falle einer Anwendung der Fahrradrücktrittbremse bei einem elektrisch unterstützten Fahrrad kann die Rücktrittbremse also nicht betätigt werden.
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Ein Aspekt ist es, eine Fahrradantriebseinheit bereitzustellen, welche mit einer Fahrradrücktrittbremse verwendet werden kann.
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Gemäß eines ersten Aspektes schließt eine Fahrradantriebseinheit einen Motor, eine Kurbelwelle einen Drehmomentkombiniermechanismus und einen Kuppelmechanismus ein. Die Kurbelwelle ist drehbar um eine erste Drehachse. Der Drehmomentkombiniermechanismus ist wirkgekoppelt mit dem Motor und der Kurbelwelle zum Kombinieren von Drehausgaben des Motors und der Kurbelwelle. Der Drehmomentkombiniermechanismus hat einen Zahnradmontageabschnitt, welcher ausgestaltet ist, um mit einem Zahnrad wirkverbunden zu werden, so dass das Zahnrad um eine zweite Drehachse des Zahnrades in einer ersten Richtung dreht, wenn der Kurbelwelle um die erste Drehachse in der ersten Richtung dreht. Der Kuppelmechanismus ist wirkend angeordnet zwischen der Kurbelwelle und dem Zahnrad. Der Kuppelmechanismus ist ausgestaltet, das Zahnrad um die zweite Drehrichtung in einer zweiten Richtung zu drehen, wenn die Kurbelwelle um die erste Drehachse in der zweiten Richtung dreht. Die zweite Richtung ist der ersten Richtung entgegengesetzt. Die Fahrradantriebseinheit schließt weiter einen Gangschaltmechanismus ein. Der Gangschaltmechanismus schließt eine Stützwelle, einen Eingabepart bzw. Antriebspart, einen Ausgabepart bzw. Abtriebspart und eine Planetengetriebeeinheit ein. Der Eingabepart ist drehbar an der Stützwelle gestützt und wirkgekoppelt mit der Kurbelwelle. Der Ausgabepart ist drehbar an der Stützwelle gestützt und wirkgekoppelt mit dem Drehmomentkombiniermechanismus. Die Planetengetriebeeinheit ist zwischen dem Eingabepart und dem Ausgabepart angeordnet.
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Vorzugweise fallen die erste und die zweite Drehachse zusammen.
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Vorzugsweise erlaubt der Kuppelmechanismus eine Relativdrehung zwischen der Kurbelwelle und dem Zahnrad in der ersten Richtung.
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Vorzugsweise ist der Kuppelmechanismus an der Stützwelle des Gangschaltmechanismus gestützt, so dass der Kuppelmechanismus wirkend zwischen einem Planetengetriebeträger der Planetengetriebeeinheit und dem Ausgabepart des Gangschaltmechanismus angeordnet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform schließt der Kuppelmechanismus einen gezahnten Part, eine Klauenstütze, eine Eingreifklaue bzw. Eingreifklinke und ein Vorspannglied ein. Der gezahnte Part ist angeordnet an einem aus dem Ausgabepart des Gangschaltmechanismus und dem Planetengetriebeträger der Planetengetriebeeinheit. Die Klauenstütze ist beweglich an dem anderen aus dem Ausgabepart des Gangschaltmechanismus und dem Planetengetriebeträger der Planetengetriebeeinheit angebracht. Die Eingreifklaue ist beweglich an der Klauenstütze zwischen einer Freigabeposition und einer Eingreifposition montiert. Das Vorspannglied spannt die Eingreifklaue hin zur Eingreifposition vor.
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In einer bevorzugten Ausführungsform schließt der Kuppelmechanismus einen innen gezahnten Part, eine Klauenstütze, eine Eingreifklaue, ein Vorspannglied und einen Steuerpart ein. Der innen gezahnte Part ist an einer inneren umlaufenden Fläche des Ausgabeparts des Gangschaltmechanismus angeordnet. Die Klauenstütze ist beweglich am Planetengetriebeträger der Planetengetriebeeinheit angebracht. Die Eingreifklaue ist beweglich zwischen einer Freigabeposition und einer Eingreifposition an der Klauenstütze montiert. Das Vorspannglied spannt die Eingreifklaue hin zur Eingreifposition vor. Der Steuerpart ist an einer äußeren umlaufenden Fläche des Planetengetriebeträgers der Planetengetriebeeinheit angeordnet. Der Steuerpart bewirkt selektiv, dass die Eingreifklaue mit dem gezahnten Part eingreift, während die Kurbelwelle in der zweiten Richtung dreht, so dass der Kuppelmechanismus eine Drehung der Kurbelwelle an den Ausgabepart des Gangschaltmechanismus überträgt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Klauenstütze eines aus einem Einschnitt und einem Vorsprung, angeordnet in einer umlaufenden Richtung der Klauenstütze. Der Planetengetriebeträger der Planetengetriebeeinheit hat das andere aus dem Einschnitt und dem Vorsprung, befindlich im Einschnitt. Der Einschnitt und der Vorsprung sind bezüglich einander angeordnet mit einem umlaufenden Abstand zwischen sich, um einen begrenzten Bereich von Relativdrehung zwischen der Klauenstütze und dem Planetengetriebeträger bereitzustellen.
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Vorzugsweise hat der Vorsprung eine Berührfläche, welche umlaufend eine innere Fläche des Einschnitts berührt, während die Kurbelwelle in der ersten Richtung dreht, so dass die Drehung der Kurbelwelle in der ersten Richtung vom Planetengetriebeträger der Planetengetriebeeinheit an den Ausgabepart des Gangschaltmechanismus übertragen wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform schließt der Kuppelmechanismus weiter ein Halteglied ein, wirkend zwischen der Stützwelle und der Klauenstütze angeordnet. Das Halteglied hält eine winkelmäßige Relativposition zwischen der Klauenstütze und der Stützwelle aufrecht, bevor die Eingreifklaue mit dem Ausgabepart eingreift.
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Vorzugsweise schließt das Halteglied des Kuppelmechanismus weiter einen Federring mit einem Beinabschnitt und einem Ringabschnitt ein. Der Beinabschnitt ist nicht-drehbar mit der Stützwelle des Gangschaltmechanismus gekoppelt. Der Ringabschnitt erstreckt sich vom Beinabschnitt und ist in einer äußeren umlaufenden Nut der Klauenstütze des Kuppelmechanismus angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform schließt die Planetengetriebeeinheit ein erstes und ein zweites Sonnenrad ein, welche mittels eines Federrings wirkverbunden sind.
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Vorzugsweise hat der Federring einen Beinabschnitt und einen Ringabschnitt. Der Beinabschnitt ist in einem Aufnahmeloch des ersten Sonnenrades angeordnet. Der Ringabschnitt erstreckt sich vom Beinabschnitt und ist in einer inneren umlaufenden Nut des zweiten Sonnenrades angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kuppelmechanismus an einem aus der Kurbelwelle, dem Zahnrad und dem Drehmomentkombiniermechanismus zwischen der Kurbelwelle und dem Zahnrad gestützt.
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Vorzugsweise schließt die Fahrradantriebseinheit weiter einen Gangschaltmechanismus ein. Der Gangschaltmechanismus schließt eine Stützwelle, einen Eingabepart, einen Ausgabepart und eine Planetengetriebeeinheit ein. Der Eingabepart ist drehbar an der Stützwelle gestützt und wirkgekoppelt mit der Kurbelwelle. Der Ausgabepart ist drehbar an der Stützwelle gestützt und wirkgekoppelt mit dem Drehmomentkombiniermechanismus. Die Planetengetriebeeinheit ist zwischen dem Eingabepart und dem Ausgabepart angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform schließt der Kuppelmechanismus einen gezahnten Part, eine Klauenstütze, eine Eingreifklaue und ein Vorspannglied ein. Der gezahnte Part ist an einem aus dem Zahnradmontageabschnitt und der Kurbelwelle angeordnet. Die Klauenstütze ist fixiert gekoppelt mit dem anderen aus dem Zahnradmontageabschnitt und der Kurbelwelle. Die Eingreifklaue ist beweglich zwischen einer Freigabeposition und einer Eingreifposition an der Klauenstütze montiert. Das Vorspannglied spannt die Eingreifklaue hin zur Eingreifposition vor.
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In einer bevorzugten Ausführungsform schließt der Kuppelmechanismus einen gezahnten Part, eine Klauenstütze, eine Eingreifklaue und ein Vorspannglied ein. Der gezahnte Part ist an einem aus dem Zahnrad und der Kurbelwelle angeordnet. Die Klauenstütze ist fixiert gekoppelt mit dem anderen aus dem Zahnrad und der Kurbelwelle. Die Eingreifklaue ist beweglich zwischen einer Freigabeposition und einer Eingreifposition an der Klauenstütze montiert. Das Vorspannglied spannt die Eingreifklaue hin zur Eingreifposition vor.
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In einer bevorzugten Ausführungsform schließt der Mechanismus einen innen gezahnten Part, eine Klauenstütze, eine Eingreifklaue, ein Vorspannglied und einen Steuerpart ein. Der innen gezahnte Part ist an einer inneren umlaufenden Fläche des Zahnrades angeordnet. Die Klauenstütze ist fixiert gekoppelt mit der Kurbelwelle. Die Eingreifklaue ist beweglich zwischen einer Freigabeposition und einer Eingreifposition an der Klauenstütze montiert. Das Vorspannglied spannt die Eingreifklaue hin zur Eingreifposition vor. Der Steuerpart ist an einer inneren umlaufenden Fläche des Ausgabegliedes des Drehmomentkombiniermechanismus angeordnet. Der Steuerpart bewirkt selektiv, dass die Eingreifklaue mit dem gezahnten Part eingreift, während die Kurbelwelle in der zweiten Richtung dreht, so dass der Kuppelmechanismus eine Drehung der Kurbelwelle an das Zahnrad überträgt.
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Vorzugsweise ist der Steuerpart mit dem gezahnten Part ausgerichtet, während die Kurbelwelle in der ersten Richtung dreht, so dass die Eingreifklaue über den Steuerpart und den gezahnten Part gleitet, während die Kurbelwelle in der ersten Richtung dreht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Zahnradmontageabschnitt des Drehmomentkombiniermechanismus einen aus einem Einschnitt und einem Vorsprung auf. Das Zahnrad weist das andere aus dem Einschnitt und dem Vorsprung auf. Der Einschnitt und der Vorsprung sind bezüglich einander mit einem umlaufenden Abstand zwischen sich angeordnet, um einen beschränkten Bereich von Relativdrehung zwischen dem Zahnradmontageabschnitt des Drehmomentkombiniermechanismus und dem Zahnrad bereitzustellen.
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Vorzugsweise hat der Einschnitt eine innere Fläche, welche umlaufend eine Berührfläche des Vorsprungs berührt, während die Kurbelwelle in der ersten Richtung dreht, so dass eine Drehung der Kurbelwelle in der ersten Richtung vom Zahnradmontageabschnitt des Drehmomentkombiniermechanismus an das Zahnrad übertragen wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform schließt der Motor ein Kurbelwellenaufnahmeloch ein. Die Kurbelwelle ist drehbar im Kurbelwellenaufnahmeloch des Motors angeordnet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Drehmomentkombiniermechanismus wirkverbunden mit einem Drehausgabeabschnitt des Motors mittels einer Einwegkupplung, um die Drehausgabe des Motors aufzunehmen.
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Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
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Bezugnehmend auf die Zeichnungen, welche einen Teil dieser ursprünglichen Offenbarung bilden:
- 1 ist eine seitliche Aufrissansicht einer Antriebsstrang eines elektrisch unterstützen Fahrrades, welches mit einer Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform ausgestattet ist;
- 2 ist eine Querschnittsansicht, welche die Antriebseinheit gemäß der ersten Ausführungsform entlang der Linie II-II in 1 darstellt;
- 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Gangschaltmechanismus der Antriebseinheit, wie in 2 dargestellt;
- 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie in 2 dargestellt;
- 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht des ersten und des zweiten Sonnenrades des Gangschaltmechanismus der Antriebseinheit, wie in 2 dargestellt;
- 6 ist eine Querschnittsansicht, welche den Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie 2 dargestellt, entlang der Linie VI-VI in 3 zeigt, wobei eine Eingreifklaue außer Eingriff mit einem innen gezahnten Part ist;
- 7 ist eine Querschnittsansicht, welche den Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, dargestellt in 2, entlang der Linie VII-VII in 3 zeigt, wobei die Eingreifklaue mit dem innen gezahnten Part im Eingriff ist;
- 8 ist eine Aufrissansicht eines Federrings, angeordnet zwischen dem ersten und dem zweiten Sonnenrad des Gangschaltmechanismus, wie in 5 dargestellt, wobei ein unbelasteter Zustand des Federrings gezeigt ist;
- 9 ist eine Querschnittsansicht des Federrings, wie in 8 dargestellt;
- 10 ist eine Aufrissansicht eine Federrings des Kuppelmechanismus, wie in 4 dargestellt, wobei ein belasteter Zustand bzw. Lastzustand des Federrings gezeigt ist;
- 11 ist eine Draufsicht des Federrings, wie in 10 dargestellt, wobei ein unbelasteter Zustand des Federrings gezeigt ist;
- 12 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;
- 13A ist eine Aufrissansicht eines Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie in 12 dargestellt, wobei ein Zustand gezeigt ist, in welchem eine Kurbelwelle stationär ist.
- 13B ist eine Aufrissansicht des Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie 12 dargestellt, wobei ein Zustand gezeigt, ist, in welchem ein Zahnradmontageabschnitt anfängt, von einer anfänglichen Position in einer Vorwärtsdrehrichtung zu drehen, während eine Kurbelwelle in der Vorwärtsdrehrichtung dreht;
- 13C ist eine Aufrissansicht des Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie in 12 dargestellt, wobei ein Zustand gezeigt ist, in welchem der Zahnradmontageabschnitt von einer anfänglichen Position um fünf Grad in der Vorwärtsrichtung gedreht ist/wird, während die Kurbelwelle in der Vorwärtsdrehrichtung dreht;
- 13D ist eine Aufrissansicht des Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie in 12 dargestellt, wobei ein Zustand gezeigt ist, in welchem der Zahnradmontageabschnitt von einer anfänglichen Position um zwanzig Grad in der Vorwärtsrichtung gedreht ist/wird, während die Kurbelwelle in der Vorwärtsdrehrichtung dreht;
- 13E ist eine Aufrissansicht des Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie in 12 dargestellt, wobei ein Zustand gezeigt ist, in welchem der Zahnradmontageabschnitt von einer anfänglichen Position um fünfundzwanzig Grad in der Vorwärtsrichtung gedreht ist/wird, während die Kurbelwelle in der Vorwärtsdrehrichtung dreht;
- 13F ist eine Aufrissansicht des Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie in 12 dargestellt, wobei ein Zustand gezeigt wird, in welchem die Kurbelwelle angehalten ist und die Kurbelwelle in einer Rückwärtsrichtung gedreht ist/wird;
- 13G ist eine Teilaufrissansicht eines Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie in 12 dargestellt, wobei ein Zustand gezeigt ist, in welchem die Kurbelwelle stationär ist;
- 13H ist eine Teilaufrissansicht des Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie in 12 dargestellt, wobei ein Zustand gezeigt ist, in welchem der Fahrradmontageabschnitt anfängt, von einer anfänglichen Position in der Vorwärtsdrehrichtung zu drehen, während die Kurbelwelle in der Vorwärtsdrehrichtung dreht;
- 13I ist eine Teilaufrissansicht des Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie 12 dargestellt, wobei ein Zustand gezeigt ist in welchem der Zahnradmontageabschnitt von einer anfänglichen Position um fünf Grad in der Vorwärtsrichtung gedreht ist/wird, während die Kurbelwelle in der Vorwärtsdrehrichtung dreht;
- 13J ist eine Teilaufrissansicht des Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie 12 dargestellt, wobei ein Zustand gezeigt ist in welchem der Zahnradmontageabschnitt von einer anfänglichen Position um zwanzig Grad in der Vorwärtsrichtung gedreht ist/wird, während die Kurbelwelle in der Vorwärtsdrehrichtung dreht;
- 13K ist eine Teilaufrissansicht des Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie 12 dargestellt, wobei ein Zustand gezeigt ist in welchem der Zahnradmontageabschnitt von einer anfänglichen Position um fünfundzwanzig Grad in der Vorwärtsrichtung gedreht ist/wird, während die Kurbelwelle in der Vorwärtsdrehrichtung dreht;
- 13L ist eine Teilaufrissansicht des Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie in 12 dargestellt, wobei ein Zustand gezeigt ist, in welchem die Kurbelwelle angehalten ist und die Kurbelwelle in einer Rückwärtsrichtung gedreht ist/wird;
- 13M ist eine Teilaufrissansicht des Kuppelmechanismus der Antriebseinheit, wie in 12 dargestellt, wobei ein Zustand gezeigt ist, in welchem die Kurbelwelle weiter in der Rückwärtsrichtung gedreht ist/wird;
- 14 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Antriebseinheit gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt; und
- 15 ist eine Querschnittsansicht, welche eine Antriebseinheit gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGFORMEN
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Ausgewählte Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es wird den Fachleuten von dieser Offenbarung offenkundig werden, dass die folgenden Beschreibungen der Ausführungsformen ausschließlich zur Veranschaulichung und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung, wie definiert durch die angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente, vorgesehen sind.
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Anfänglich bezugnehmend auf die 1 und 2, ist eine Antriebseinheit 10 dargestellt gemäß einer ersten Ausführungsform. Wie in 1 dargestellt, ist die Antriebseinheit 10 an einem Antriebsstrang 11 eines elektrisch unterstützen Fahrrades angeordnet. Hinsichtlich der dargestellten Ausführungsform stellt 1 nur Abschnitte dar, welche in Beziehung zum Antriebsstrang 11 des elektrisch unterstützten Fahrrades stehen, da andere Abschnitte des elektrisch unterstützten Fahrrades herkömmlich sein können. Die detaillierte Beschreibung des elektrisch unterstützten Fahrrades wird daher um der Kürze willen weggelassen. Wie in 1 dargestellt, schließt der Antriebsstrang 11 im Wesentlichen ein Paar von Pedalen 100, ein Paar von Kurbeln bzw. Kurbelarmen 101, eine Antriebseinheit 10, eine erste Kette 102, ein hinteres Zahnrad 103 und eine hintere Nabe 104 ein. Die Pedale 100 sind jeweils drehbar an den freien Enden der Kurbeln 101 montiert. Die inneren Enden der Kurbeln 101 sind jeweils an gegenüberstehenden Enden der Kurbelwelle 14 (siehe 2) der Antriebseinheit 10 fixiert. Die erste Kette ist wirkverbunden zwischen der Antriebseinheit 10 und dem hinteren Zahnrad 103. Mit dem Antriebsstrang 11 des elektrisch unterstützten Fahrrades wird eine auf die Pedalen 100 wirkende Pedalkraft an die hintere Nabe 104 übertragen, welche drehbar mit der hinteren Nabenachse 105 gekoppelt ist zum Drehen eines hinteren Rades (nicht gezeigt) des elektrisch unterstützten Fahrrades auf folgendem Übertragungsweg: Die Kurbeln 101 → die Antriebseinheit 10 - die erste Kette 102 → das hintere Zahnrad 103 → die hintere Nabe 104. Während des Übertragens der Pedalkraft fügt die Antriebseinheit 10 ein Motorausgabedrehmoment als eine unterstützende Leistung zum Unterstützen der Pedalkraft hinzu. In der dargestellten Ausführungsform wird im Falle eines Erfassens einer Pedalkraft, welche eine vorbestimmte Schwelle übersteigt, das Motorausgabedrehmoment entsprechend der Pedalkraft als eine unterstützende Leistung erzeugt. Die Antriebseinheit 10 ist gewöhnlich in einer Umgebung eines Verbindungsabschnitts zwischen einem Sitzrohr (nicht gezeigt) eines Fahrradrahmens und eines Unterrohres (nicht gezeigt) des Fahrradrahmens angeordnet. Eine Batterie für die Antriebseinheit 10 ist entlang eines Gepäckträgers, des Unterrohres oder des Sitzrohres angeordnet.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die hintere Nabe 104 mit einer Rücktrittbremse 104a ausgestattet. Die Rücktrittbremse 104a wird zum Erzeugen einer Bremskraft auf das hintere Rad mittels der hinteren Nabe 104 infolge einer Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 betätigt. Insbesondere wird in der dargestellten Ausführungsform die Rücktrittbremse 104a der hinteren Nabe 104 infolge einer Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 über die Antriebseinheit 10, die erste Kette 102 und das hintere Zahnrad 103 betätigt. Da Rücktrittbremsen herkömmlicherweise bekannt sind, wird um der Kürze Willen die detaillierte Beschreibung weggelassen.
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Wie in 1 dargestellt, ist die Antriebseinheit 10 in einer Umgebung der Kurbeln 101 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform, wie in 2 gezeigt, weist die Antriebseinheit 10 ein Gehäuse 12, eine Kurbelwelle 14, ein erstes Drehüberträgerglied 16, eine Zwischenwelle 18, ein zweites Drehüberträgerglied 20, eine Stützwelle 22, eine zweite Kette 24, ein drittes Drehüberträgerglied 26 und ein vorderes Zahnrad 28 (z.B. ein Zahnrad) auf. In der dargestellten Ausführungsform sind die Kurbelwelle 14, die Zwischenwelle 18 und die Stützwelle 22 angeordnet, um sich parallel zueinander an beabstandeten Orten zu erstrecken. Wie in 2 gezeigt, weist die Antriebseinheit 10 einen Motor 30, einen Gangschaltmechanismus 32, eine Untersetzungsgetriebeeinheit 34, einen Drehmomentkombiniermechanismus 36 und einen Kuppelmechanismus 38. Ein die Fahrradantriebseinheit 10 schließt also den Motor 30, die Kurbelwelle 14, den Drehmomentkombiniermechanismus 36 und den Kuppelmechanismus 38 ein.
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Wie in 2 gezeigt, beherbergt das Gehäuse 12 das erste Drehüberträgerglied 16, das zweite Drehüberträgerglied 20, das dritte Drehüberträgerglied 26, den Motor 30, den Gangschaltmechanismus 32, die Untersetzungsgetriebeeinheit 34, den Drehmomentkombiniermechanismus 36 und den Kuppelmechanismus 38.
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Das Gehäuse 12 ist ein Glied, welches beispielsweise aus Aluminium oder einem anderen Metall gemacht ist. Jedoch kann ein Part oder die Gesamtheit des Gehäuses 12 auch aus einem synthetischen Harz bzw. Resin gemacht sein. Das Gehäuse 12 hat eine erste Seitenwand 12a und eine zweite Seitenwand 12b. Die erste Seitenwand 12a und die zweite Seitenwand 12b sind unabhängig ausgeformt als getrennte Parts und stehen einander gegenüber in einer achsialen Richtung der Kurbelwelle 14. Das Gehäuse 12 hat einen Gehäusehauptkörper, welcher die zweite Seitenwand 12b enthält, und ein Deckglied, welches die erste Seitenwand 12a enthält. Das Deckglied ist lösbar an der Öffnung des Gehäusehauptkörpers mittels Bolzen oder anderer Ankerglieder verankert zum Ausbilden eines Aufnahmeraums zum Aufnehmen des ersten Drehüberträgergliedes 16, des zweiten Drehüberträgergliedes 20, des dritten Drehüberträgergliedes 26, des Motors 30, des Gangschaltmechanismus 32, der Untersetzungsgetriebeeinheit 34, des Drehmomentkombiniermechanismus 36 und des Kuppelmechanismus 38. Die erste Seitenwand 12a weist einen ersten Seitenwandhauptkörper 12c und ein erstes Plattenglied 12d auf. Das erste Plattenglied 12d ist lösbar und nicht-drehbar am ersten Eingriffsloch 12e verbaut, welches am ersten Seitenwandhauptkörper 12c ausgeformt ist. Die zweite Seitenwand 12b hat einen zweiten Seitenwandhauptkörper 12f.
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Das erste Plattenglied 12d ist aus einem Metallmaterial gemacht, welches verschieden vom ersten Seitenwandhauptkörper 12c ist. Selbstverständlich können sie alternativ aus demselben Material wie der erste Seitenwandhauptkörper 12c gemacht sein. Das erste Plattenglied 12d ist lösbar von der Außenseite des Gehäuses 12 am ersten Seitenwandhauptkörper 12c verbaut. Das erste Plattenglied 12d ist hier als eine runde Platte ausgeformt mit Verzahnungen und Flanschen, ausgeformt auf äußeren umlaufenden Abschnitten zum Eingriff mit dem Eingreifloch 12e. Die Verzahnungen des ersten Plattengliedes 12d sind im Eingriff mit dem ersten Eingreifloch 12e. Der Flansch des ersten Plattengliedes 12d berührt die Seitenfläche des ersten Seitenwandhauptkörpers 12c. Am ersten Eingreifloch 12e sind Verzahnungsnuten zum Eingriff mit den Verzahnungen des ersten Plattengliedes 12d ausgeformt. In dieser Ausgestaltung ist das erste Plattenglied 12d nicht-drehbar mit dem ersten Seitenwandhauptkörper 12c gekoppelt.
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Das Gehäuse 12 hat ein Paar von ersten Löchern 13a und 13b von runder Gestalt und ein Paar von zweiten Löchern 13c und 13d. Die ersten Löcher 13a und 13b sind jeweils am ersten Seitenwandhauptkörper 12c und am zweiten Seitenwandhauptkörper 12f ausgeformt. In der dargestellten Ausführungsform sind erste und zweite Lager 39a und 39b, wie beispielsweise Kugellager, jeweils in den ersten Löchern 13a und 13b angeordnet.
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Die zweiten Löcher 13c und 13d sind am ersten Plattenglied 12d und am zweiten Seitenwandhauptkörper 12f ausgeformt. In den zweiten Löchern 13c und 13d ist die Stützwelle 22 nicht-drehbar angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist das erste Plattenglied 12d lösbar mit dem ersten Seitenwandhauptkörper 12c gekoppelt. Selbstverständlich kann alternativ das erste Plattenglied 12d eingepresst und integriert mit dem ersten Seitenwandhauptkörper 12c sein.
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Die Kurbelwelle 14 ist ein Metallwellenglied, welches beispielsweise aus Eisen, aus rostfreiem Stahl oder Ähnlichem gemacht ist. Die Kurbelwelle 14 ist drehbar um eine Drehachse X1 (z.B. eine erste Drehachse). Die Kurbelwelle 14 ist drehbar durch das erste Lager 39a und das zweite Lager 39b gestützt. Die zwei Enden der Kurbelwelle 14 sind angeordnet, um jeweils aus der ersten Seitenwand 12a und der zweiten Seitenwand 12b hervorzuragen. An den Endabschnitten der Kurbelwelle 14 sind die Kurbeln 101 lösbar und nicht-drehbar mit der Kurbelwelle 14 gekoppelt. An dem Endabschnitt der Kurbelwelle 14 auf der Seite des ersten Seitenwandhauptkörpers 12c hat die Kurbelwelle 14 einen Flanschabschnitt 14a großen Durchmessers zum Positionieren des ersten Drehüberträgergliedes 16 in der axialen Richtung und einen Zahnabschnitt 14b zum Verbinden mit dem ersten Drehüberträgerglied 16. Der Flanschabschnitt 14a großen Durchmessers und der Zahnabschnitt 14b sind benachbart zueinander angeordnet. Der Flanschabschnitt 14a ist auf dem gesamten Umfang in der umlaufenden Richtung der Kurbelwelle 14 ausgeformt. Selbstverständlich kann alternativ der Flanschabschnitt 14a stückweise in der umlaufenden Richtung und von der Kurbelwelle 14 herausragend ausgeformt sein.
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Das erste Drehüberträgerglied 16 ist nicht-drehbar mit der Kurbelwelle 14 gekoppelt, so dass das erste Drehüberträgerglied 16 die Drehung der Kurbeln 101 überträgt. Das erste Drehüberträgerglied 16 weist ein erstes Getrieberad 16a auf, welches beispielsweise aus einem synthetischen Harz oder einem Metall gemacht ist. Das erste Getrieberad 16a ist mit Zahnabschnitt 14b der Kurbelwelle 14 verbunden, so dass das Getrieberad 16a und die Kurbelwelle 14 gemeinsam drehen. Das erste Getrieberad 16a ist an der Kurbelwelle 14 mittels Presspassens, Bondings oder einer anderen geeigneten Befestigungsweise befestigt. Das erste Getrieberad 16a berührt den Flanschabschnitt 14a der Kurbelwelle 14, so dass das Getrieberad 16a in der axialen Richtung der Kurbelwelle 14 positioniert ist. Das erste Getrieberad 16a ist drehbar am Gehäuse 12 mittels des ersten Lagers 39a gestützt. Die Lagerwelle 14 ist drehbar am Gehäuse 12 mittels des Lagers 39a und des Getrieberades 16a gestützt.
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Die Zwischenwelle 18 ist ein Wellenglied, welches aus Eisen, rostfreiem Stahl oder einem andere Metall gemacht ist. Die Zwischenwelle 18 weist einen ersten und einen zweiten Endabschnitt 18a und 18b auf. Der erste Endabschnitt 18a ist am ersten Seitenwandhauptkörper 12c gestützt, während der zweite Endabschnitt 18b an einer zweiten Hülle 56b einer Motorhülle 56 des Motors 30 gestützt ist. Die Zwischenwelle 18 stützt drehbar das zweite Drehüberträgerglied 20.
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Das zweite Drehüberträgerglied 20 ist ein Glied, welches die Drehung des ersten Drehüberträgergliedes 16 überträgt. Das zweite Drehüberträgerglied 20 weist ein zweites Getrieberad 20a, welches mit dem ersten Getrieberad 16a eingreift, und ein erstes Zahnrad 20b, welches gemeinsam mit dem zweiten Getrieberad 20a dreht, auf. Das zweite Drehüberträgerglied 20 ist ein Glied, welches aus beispielsweise einem synthetischen Harz oder einem Metall gemacht ist. Das zweite Drehüberträgerglied 20 ist drehbar an der Zwischenwelle 18 mittels eines Lagers 40 gestützt, wie beispielsweise eines Nadelwalzenlagers. Das zweite Getrieberad 20a weist einen Eingreifabschnitt 20c auf, welcher mit einem inneren umlaufenden Abschnitt 20d des ersten Zahnrades 20b im Eingriff steht. Der Eingreifabschnitt 20c ist an einer gezahnten Fläche ausgeformt, welche nicht mit dem ersten Getrieberad 16a über die gezahnte Fläche des zweiten Getrieberades 20a im Eingriff steht. An dem inneren umlaufenden Abschnitt 20d des ersten Zahnrades 20b ist ein Eingreifabschnitt ausgeformt, welcher mit wenigstens einem Abschnitt des zweiten Getrieberades 20a im Eingriff steht. Im Ergebnis sind das zweite Getrieberad 20a und das erste Zahnrad 20b nicht-drehbar miteinander gekoppelt. Obendrein sind Käfige am zweiten Getrieberad 20a zum Verhindern einer axialen Bewegung des ersten Zahnrades 20b in der axialen Richtung der Zwischenwelle 18 angeordnet. Die Käfige sind an beiden Seiten des ersten Zahnrades 20b in der axialen Richtung der Zwischenwelle 18 angeordnet.
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Die Stützwelle 22 ist angeordnet, um den Gangschaltmechanismus 32 und den Kuppelmechanismus 38 bezüglich des Gehäuses 12 zu stützen. Die Stützwelle 22 hat Endabschnitte, welche sich durch die zweiten Löcher 13c und 13d erstrecken. Die Endabschnitte der Stützwelle 22 sind jeweils an der ersten und der zweiten Seitenwand 12a und 12b mit Muttern 42 befestigt. Im Ergebnis sind sie jeweils an der ersten und der zweiten Wand 12a und 12b befestigt. Die Stützwelle 22 erstreckt sich durch den Gangschaltmechanismus 32 und den Kuppelmechanismus 38. Die Stützwelle 22 stützt drehbar das dritte Drehüberträgerglied 26.
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Das dritte Drehüberträgerglied 26 ist ein Glied, welches die Drehung des zweiten Drehüberträgergliedes 20 überträgt. Die Drehung des zweiten Drehüberträgergliedes 20 wird mittels der zweiten Kette 24 an das dritte Drehüberträgerglied 26 übertragen. Das dritte Drehüberträgerglied 26 weist ein zweites Zahnrad 26a auf, welches mit der zweiten Kette 24 im Eingriff steht. Die zweite Kette 24 ist auf das erste Zahnrad 20b und das zweite Zahnrad 26a gewunden bzw. aufgezogen. Das zweite Zahnrad 26a ist wirkgekoppelt mit dem Gangschaltmechanismus 32. Insbesondere ist das zweite Zahnrad 26a fixiert gekoppelt mit einem Eingabepart 64 des Gangschaltmechanismus 32. Das zweite Zahnrad 26a ist daher drehbar an der Stützwelle 22 mittels des Eingabeparts 64 gestützt.
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Wie in 2 gezeigt, ist der Motor 30 ein Motor mit innen laufendem Rotor. Der Motor 30 weist die Motorhülle 56, einen Rotor 58, welcher drehbar an der Motorhülle 56 gestützt ist, und einen Stator 60, welcher an der Motorhülle 56 verbaut ist, auf. In der dargestellten Ausführungsform weist die Motorhülle 56 eine erste Hülle 56a, welche integral mit dem Gehäuse 12 ausgeformt ist, und die zweite Hülle 56b, welche lösbar mit der ersten Hülle 56a gekoppelt ist, auf. Die Motorhülle 56 weist weiter einen Wellenstützeinschnitt 56c auf, welche den zweiten Endabschnitt 18b der Zwischenwelle 18 an der zweiten Hülle 56 b stützt.
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Der Rotor 58 ist ein zylindrisches Glied, welches koaxial bezüglich der Kurbelwelle 14 angeordnet ist. Die Kurbelwelle 14 erstreckt sich durch den Rotor 58. Der Rotor 58 weist eine Magneteinheit 58a auf mit einer Vielzahl von Magnetpolen, welche am äußeren umlaufenden Abschnitt des Rotors 58 Seite an Seite in der umlaufenden Richtung angeordnet sind. Der Rotor 58 des Motors 30 weist ein Kurbelwellenaufnahmeloch 58b auf. Die Kurbelwelle 14 ist drehbar im Kurbelwellenaufnahmeloch 58b des Rotors 58 des Motors 30 angeordnet. Der Rotor 58 ist drehbar an der Motorhülle 56 mittels eines Paares von Lagern 62a und 62b, wie beispielsweise Kugellagern, gestützt. Die Lager 62a und 62b sind an der äußeren umlaufenden Seite des Rotors 58 angeordnet. Das Lager 62a ist an der ersten Hülle 56a verbaut, während das Lager 62b an der zweiten Hülle 56b verbaut ist.
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Der Stator 60 ist dem Rotor 58 entgegengesetzt an der äußeren umlaufenden Seite des Rotors 58 angeordnet. Der Stator 60 weist eine Vielzahl von Spulen 60a auf, welche mit einem bestimmten Abstand in der umlaufenden Richtung angeordnet sind. Der Stator 60 ist fixiert gekoppelt mit dem inneren umlaufenden Abschnitt der ersten Hülle 56a.
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In der dargestellten Ausführungsform ist/wird der Motor 30 mittels eines Umrichters bzw. Inverters (nicht gezeigt) getrieben. Der Inverter ist/wird mittels eines Steuerers (nicht gezeigt) getrieben. Der Steuerer steuert den Inverter aufgrund der Pedalkraft und der Geschwindigkeit des Fahrrades.
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In der dargestellten Ausführungsform fallen die Drehachsen des Motors 30 und der Kurbelwelle 14 miteinander zusammen. Es ist daher möglich, den inneren Mechanismus des Motors 30 zu vereinfachen. Im Ergebnis kann die Antriebseinheit 10 weiter vereinfacht werden. Jedoch wird es den Fachleuten von dieser Offenbarung selbstverständlich klar sein, dass der Motor 30 und die Kurbelwelle 14 bezüglich einander derart angeordnet sein können, dass die Drehachsen des Motors 30 und der Kurbelwelle 14 bezüglich einander versetzt sind.
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Der Gangschaltmechanismus 32 ist am Übertragungsweg der Leistung zwischen dem dritten Drehüberträgerglied 26 und dem Drehmomentkombiniermechanismus 36 angeordnet. Der Gangschaltmechanismus 32 hat eine Schaltmotoreinheit 32a. Der Gangschaltmechanismus 32 weist einen Gangschalthauptkörper 32b auf. Die Schaltmotoreinheit 32a dreht ein Betätigungsglied des Gangschalthauptkörpers 32b hin zu einer vorbestimmten Orientierung infolge des Empfangs einer Schaltbetätigung von einem Schalter, welcher an einem Griff des Fahrrades verbaut ist. Die Schaltmotoreinheit 32a ist eine herkömmlich wohl bekannte Motoreinheit, wie beispielsweise eine Motoreinheit offenbart im japanischen Patent mit der Nummer 3529723. Es wird den Fachleuten von dieser Offenbarung jedoch selbstverständlich klar sein, dass die Schaltmotoreinheit 32a durch einen herkömmlich wohlbekannten Mechanismus zum Schalten der Leistungsübertragungswege des Gangschalthauptkörpers 32b ersetzt werden kann, wie beispielsweise durch einen mittels eines Drahtes bedienten Betätigers, welcher durch Empfang eines Schaltbetätigens seitens eines Schalter bedient wird, welcher am Griff des Fahrrades verbaut ist.
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Der Gangschalthauptkörper 32b ist eine Übertragungseinheit, welche die Wahl aus einer Vielzahl von (z.B. acht) Gangverhältnissen ermöglicht. Die Ausgestaltung des Gangschalthauptkörpers 32b ist im Wesentlichen identisch zu einer herkömmlich wohlbekannten Übertragungseinheit, wie beispielweise einer Übertragungseinheit, welche offenbart ist im US-Patent mit der Nummer
6,607,465 oder im US-Patent mit der Nummer
7,682,283 , abgesehen von den Ausgestaltungen, wie sie unten im Detail beschrieben sind.
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Der Gangschalthauptkörper 32b des Gangschaltmechanismus 32 schließt hauptsächlich die Stützwelle 22, den Eingabepart 64, eine Planetengetriebeeinheit 66 und einen Ausgabepart 68 ein. Die Drehung des dritten Drehüberträgergliedes 26 wird an den Eingabepart 64, die Planetengetriebeeinheit 66 und den Ausgabepart 68 übertragen. Der Eingabepart 64, die Planetengetriebeeinheit 66 und der Ausgabepart 68 sind jeweils drehbar an der Stützwelle 22 gestützt. Insbesondere ist der Eingabepart 64 drehbar an der Stützwelle 22 gestützt und wirkgekoppelt mit der Kurbelwelle 14. Das zweite Zahnrad 26a des dritten Drehüberträgergliedes 26 ist fixiert gekoppelt mit dem Eingabepart 64, so dass sie gemeinsam drehen können. Die Planetengetriebeeinheit 66 ist zwischen dem Eingabepart 64 und dem Ausgabepart 68 angeordnet. Die Planetengetriebeeinheit 66 stellt selektiv eine Vielzahl von (z.B. acht) Gangverhältnissen ein bzw. bereit. Der Ausgabepart 68 ist drehbar an der Stützwelle 22 gestützt und wirkgekoppelt mit dem Drehmomentkombiniermechanismus 36. Der Ausgabepart 68 gibt die Drehung nach einem Wechsel der Drehgeschwindigkeit mittels der Planetengetriebeeinheit 66 an den Drehmomentkombiniermechanismus 36 aus.
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Der Gangschaltmechanismus 32 ist in der Antriebseinheit 10 angeordnet. Es ist möglich, von einer Vielzahl von Gangverhältnissen mittels des Gangschaltmechanismus 32 zu wählen. Eine Antriebsunterstützung mittels des Motors 30 kann daher mit hoher Effizienz ausgeführt werden. Auch wenn eine interne Übertragungseinheit als Gangschaltmechanismus 32 verwendet wird, kann der Übertragungsvorgang im Falle des Einwirkens einer kleinen Kraft auf den Gangschaltmechanismus 32 schnell ausgeführt werden. Die Ausgestaltungen des Gangschaltmechanismus 32 werden später im Detail beschrieben.
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Die Untersetzungsgetriebeeinheit 34 überträgt die Drehung des Rotors 58 des Motors 30 an ein Drehmomentüberträgerglied 70. Die Untersetzungsgetriebeeinheit 34 hat ein oder mehrere Getriebe. In der dargestellten Ausführungsform weist die Untersetzungsgetriebeeinheit 34 einen ersten Planetengetriebemechanismus 72 und einen zweiten Planetengetriebemechanismus 74 auf. Der erste Planetengetriebemechanismus 72 hat ein erstes Sonnenrad 72a, verbunden mit dem Rotor 58, eine Vielzahl von Planetenrädern 72b, einen ersten Träger 72c, welcher drehbar die ersten Planetenräder 72b stützt, und ein erstes Hohlrad 2d, fixiert gekoppelt mit dem Gehäuse 12. Der zweite Planetengetriebemechanismus 74 weist ein zweites Sonnenrad 74a, verbunden mit dem ersten Träger 72c , eine Vielzahl von zweiten Planetenrädern 74b, einen zweiten Träger 74c, drehbar die zweiten Planetenräder 74b stützend, und ein zweites Hohlrad 74d, fixiert gekoppelt mit dem Gehäuse 12, auf. Die Drehausgabe der Untersetzungsgetriebeeinheit 34 wird mittels des Drehmomentüberträgergliedes 70 an den Drehmomentkombiniermechanismus 36 übertragen. Das Drehmomentüberträgerglied 70 ist integral bzw. einstückig mit dem zweiten Träger 74c ausgeformt. Das Drehmomentüberträgerglied 70 ist drehbar mittels eines zweiten Getriebegliedes 78 des Drehmomentkombiniermechanismus 36 gestützt. Das Drehmomentüberträgerglied 70 stützt eine Vielzahl von Kuppelklauen 80a einer Einwegkupplung 80.
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Der Drehmomentkombiniermechanismus 36 überträgt die Drehkraft des Motors 30 und die Drehkraft der Kurbelwelle 14 an das vordere Zahnrad 28. Der Drehmomentkombiniermechanismus 36 ist wirkgekoppelt mit dem Motor 30 und der Kurbelwelle 14 zum Kombinieren der Drehausgaben des Motors 30 und der Kurbelwelle 14. Der Drehmomentkombiniermechanismus 36 hat ein erstes Getriebeglied 76, fixiert gekoppelt mit dem Ausgabepart 68 des Gangschaltmechanismus 32, ein zweites Getriebeglied 78, welches mit dem ersten Getriebeglied 76 eingreift, und eine Einwegkupplung 80. Der Drehmomentkombiniermechanismus 36 ist wirkverbunden mit dem Rotor 58 (z.B. einem Drehausgabeabschnitt) des Motors 30 mittels der Einwegkupplung 80 zum Aufnehmen der Drehausgabe des Motors 30.
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Das zweite Getriebeglied 78 ist drehbar am Gehäuse mittels des zweiten Lagers 39b am Gehäuse 12 gestützt. Zwischen dem inneren umlaufenden Abschnitt des zweiten Getriebegliedes 78 und der äußeren umlaufenden Fläche der Kurbelwelle 14 ist ein Lager 82 in Gestalt beispielsweise eines Kugellagers verbaut. Folglich ist die Kurbelwelle 14 drehbar am Gehäuse 12 mittels des zweiten Getriebegliedes 78 gestützt.
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Das zweite Getriebeglied 78 hat einen ersten ringförmigen Einschnitt 78a, in welchem die Einwegkupplung 80 angeordnet ist, und einen zweiten ringförmigen Einschnitt 78b, in welchem das Lager 39b angeordnet ist. Das zweite Getriebeglied 78 des Drehmomentkombiniermechanismus 36 hat einen Zahnradmontageabschnitt 78c.
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Der erste ringförmige Einschnitt 78a ist in ringförmiger Gestalt an der Fläche des Gehäuses 12 ausgeformt, welche der zweiten Seitenwand 12b gegenüber steht. Der äußere umlaufende Abschnitt an der inneren Seite des ersten ringförmigen Einschnitts 78a stützt drehbar das Drehmomentüberträgerglied 70. Der zweite ringförmige Einschnitt 78b ist in ringförmiger Gestalt an der Fläche ausgeformt, welche der Seitenwand 12b gegenübersteht. Der innere Ring des zweiten Lagers 39b ist im zweiten ringförmigen Einschnitt 78b angeordnet. Der Zahnradmontageabschnitt 78c ist ausgestaltet, um wirkend am vorderen Zahnrad 28 derart angebracht zu werden, dass das vordere Zahnrad 28 um die Drehachse X1 (z.B. eine zweite Drehachse eines Zahnrades) in der Vorwärtsdrehrichtung (z.B. einer ersten Richtung) dreht, wenn die Kurbelwelle 14 um die erste Drehachse X1 in der Vorwärtsdrehrichtung dreht. Der Zahnradmontageabschnitt 78c erstreckt sich in ringförmiger Gestalt in der axialen Richtung der Kurbelwelle 14 von der äußeren umlaufenden Fläche an der inneren Seite des zweiten ringförmigen Einschnitts 78b. Im Falle des zweiten Getriebegliedes 78 ist der zweite ringförmige Einschnitt 78b an der radial inneren Seite des ersten ringförmigen Einschnitts 78a ausgeformt. Das vordere Zahnrad 28 ist fixiert gekoppelt mit einem Verbindungsabschnitt 78d an der inneren umlaufenden Fläche des zweiten Zahnradmontageabschnitts 78c. Der Verbindungsabschnitt 78d kann Zahnungen aufweisen. Das vordere Zahnrad 28 ist in den Verbindungsabschnitt 78d eingepresst und ist mittels Dichten bzw. Verstemmen mit einer plastischen Deformation beispielsweise fixiert. Das zweite Getriebeglied 78 und das vordere Zahnrad 28 drehen daher gemeinsam.
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In der dargestellten Ausführungsform überträgt die Einwegkupplung 80 nur die Vorwärtsdrehung des Motors 30 an das zweite Getriebeglied 78, welches das Fahrrad in der Vorwärtsrichtung treibt. Andererseits wird die Vorwärtsdrehung des zweiten Getriebegliedes 78 bezüglich des Motors 30 nicht an den Motor 30 übertragen. Die Einwegkupplung 80 hat eine Kuppelklaue 80a, einen Kuppelzahn 80b und ein innenseitiges Glied 80c. Die Kuppelklaue 80a ist derart aufgenommen, dass die Kuppelklaue 80a entlang der äußeren umlaufenden Fläche des innenseitigen Gliedes 80c zwischen einer Freigabeposition und einer Eingreifposition schwenken kann. Die Kuppelklaue 80a ist vorgespannt hin zur Eingreifposition. Der Kuppelzahn 80b ist ausgeformt an der inneren umlaufenden Fläche an der äußeren Seite des ringförmigen Einschnitts 78a. Das innenseitige Glied 80c ist in ringförmiger Gestalt ausgeformt. Das Drehmomentüberträgerglied 70 ist drehbar am inneren umlaufenden Abschnitt des innenseitigen Gliedes 80c gestützt.
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Das vordere Zahnrad 28 weist einen ringförmigen Abschnitt 28b mit Zahnradzähnen 28a, ausgeformt am äußeren umlaufenden Abschnitt, und einen zylindrischen Abschnitt 28c, integral bzw. einstückig am inneren umlaufenden Abschnitt des ringförmigen Abschnittes 28b ausgeformt, auf. Die äußere umlaufende Fläche des zylindrischen Abschnittes 28c ist in den inneren umlaufenden Abschnitt des zweiten ringförmigen Einschnittes 78b eingepresst, und der Randabschnitt des zylindrischen Abschnittes 28c ist mittels Verstemmen fixiert. Die Methode zum Fixieren des vorderen Zahnrades ist jedoch nicht beschränkt auf Presspassen. Das vordere Zahnrad 28 kann am zweiten Getriebeglied 78 mittels einer beliebigen anderen geeigneten Weise wie beispielsweise Schrauben, Bonding, Schweißen bzw. Löten, etc. fixiert werden. Das vordere Zahnrad 28 dreht um die erste Drehachse X1 der Kurbelwelle 14. Die Drehachse der Kurbelwelle 14 (z. B. eine erste Drehachse) und die Drehachse des vorderen Zahnrades 28 (z. B. eine zweite Drehachse) fallen daher miteinander zusammen. Selbstverständlich wird es den Fachleuten von dieser Offenbarung jedoch klar werden, dass das vordere Zahnrad und die Kurbelwelle 14 bezüglich einander derart angeordnet sein können, dass die Drehachsen des vorderen Zahnrades 28 und der Kurbelwelle 14 bezüglich einander versetzt sind.
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Bezugnehmend auf 3, wird nun die Ausgestaltung des Gangschaltmechanismus 32 weiter im Detail beschrieben. Wie in 3 gezeigt, schließt die Planetengetriebeeinheit 66 des Gangschaltmechanismus 32 einen Leistungsüberträgermechanismus 112 und einen Schalt-/Unterstützmechanismus 114 ein. Der Leistungsübertragungsmechanismus 112 ist zwischen den Eingabepart 64 und dem Ausgabepart 68 zum Kommunizieren einer Drehleistung vom Eingabepart 64 an den Ausgabepart 68 mittels einer Vielzahl von Leistungsübertragungswegen angeordnet. Der Schalt-/Unterstützmechanismus 114 steuert die Auswahl des Leistungsübertragungsweges durch Aufnehmen der Dreheingabe seitens der Schaltmotoreinheit 32a.
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Der Eingabepart 64 ist drehbar an der Stützwelle 22 mittels eines Kugellagers 118 und eines Lagerkegels 120 gestützt. Der Lagerkegel 120 wird positionsmäßig gehalten mittels einer Betätigerscheibe 122, eines Beabstanders 124, einer Unterlegscheibe 126 und einer Stoppmutter bzw. selbsthemmenden Mutter bzw. selbstsichernden Mutter 128.
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Der Ausgabepart 68 hat eine linke Schale 130 und eine rechte Schale 132. Die linke Schale 130 ist nicht-drehbar eingepasst an der linken Seite der inneren umlaufenden Fläche des Ausgabeparts 68, während die rechte Schale 132 nicht-drehbar eingepasst ist an der rechten Seite der inneren umlaufenden Fläche des Ausgabeparts 68. Die linke Schale 130 stützt drehbar den Ausgabepart 68 bezüglich des Eingabeparts 64 mittels Kugellagern 136. Die rechte Schale 132 stützt drehbar den Ausgabepart 68 an der Stützwelle 22 mittels eines Kugellagers 140 und eines Kegels 142. Der Kegel 142 wird an der Stützwelle 22 gehalten mittels einer Stoppmutter bzw. selbstsichernden Mutter 144. In der dargestellten Ausführungsform sind die linke Schale 130 und die rechte Schale 132 unabhängig ausgeformt als vom Ausgabepart 68 getrennte Glieder. Die linke Schalte 130 und die rechte Schale 132 können jedoch integral bzw. einstückig mit dem Ausgabepart 68 als ein einstückiges, einheitliches Glied ausgeformt sein.
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Der Leistungsüberträgermechanismus 112 schließt ein erstes Sonnenrad 148, ein getrenntes zweites Sonnenrad 150, ein getrenntes drittes Sonnenrad 152 und ein getrenntes viertes Sonnenrad 154 ein. Das erste Sonnenrad 148 ist nicht-drehbar an der Stützwelle 22 gestützt. Das erste Sonnenrad 148 schließt einen Kuppelnockenabschnitt 156, eine Vielzahl von ersten Sonnenradzähnen 158 (z. B. 48T), daran ausgeformt an einer äußeren umlaufenden Fläche, und eine innere umlaufende zweite Sonnenradberührfläche 160 ein. Das zweite Sonnenrad 150 ist drehbar um die Stützwelle 22 benachbart zum ersten Sonnenrad 148 gestützt. Das zweite Sonnenrad 150 schließt eine äußere umlaufende erste Sonnenradberührfläche 162 zu einem gleitfähigen Berühren der zweiten Sonnenradberührfläche 160 am ersten Sonnenrad 148, eine Vielzahl von zweiten Sonnenradrastzähnen 168 (z. B. 12T), daran ausgeformt an einer inneren umlaufenden Fläche, zum Eingreifen mit einer zweiten Sonnenradklaue 170, eine innere umlaufende dritte Sonnenradberührfläche 166 und eine Vielzahl von zweiten Sonnenradzähnen 164 (z. B. 48T), daran ausgeformt an einer äußeren umlaufenden Fläche, ein. Das zweite Sonnenrad 150 weist weiter eine innere umlaufende Führungsringberührfläche zu einem gleitfähigen Berühren einer äußeren umlaufenden Fläche eines Sonnenradführungsrings 176 auf. Das dritte Sonnenrad 152 ist/wird drehbar um die Stützwelle 22 benachbart zum zweiten Sonnenrad 150 gestützt. Das dritte Sonnenrad 152 schließt eine innere umlaufende erste Führungsringberührfläche zum gleitfähigen Berühren der äußeren umlaufenden Fläche des Sonnenradführungsrings 176 ein. Das dritte Sonnenrad 152 schließt eine Vielzahl von dritten Sonnenradrastzähnen 180 (z. B. 12T), daran ausgeformt an einer inneren umlaufenden Fläche zum Eingreifen mit einer dritten Sonnenradklaue 182, eine äußere umlaufende zweite Sonnenradberührfläche 184 zum gleitfähigen Berühren der dritten Sonnenradberührfläche 166 des zweiten Sonnenrades 150 und eine Vielzahl von dritten Sonnenradzähnen 186 (z. B. 42T), daran ausgeformt an einer äußeren umlaufenden Fläche, ein. Das vierte Sonnenrad 154 schließt eine Vielzahl von vierten Sonnenradzähnen 188 (z. B. 36T), daran ausgeformt an einer äußeren umlaufenden Fläche, eine Vielzahl von vierten Sonnenradrastzähnen 190 (z. B. 12T), daran ausgeformt an einer inneren umlaufenden Fläche zum Eingreifen mit einer vierten Sonnenradklaue 192, ein. Das vierte Sonnenrad 154 schließt eine innere umlaufende Führungsringberührfläche zum gleitfähigen Berühren einer äußeren umlaufenden Fläche eines Führungsrings 198 ein.
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Die Klauen 170, 182 und 192 sind schwenkbar mit der Stützwelle 22 gekoppelt und werden mittels einer Schaltsteuermanschette (nicht gezeigt) zum selektiven Schalten zwischen einem freien Zustand und einem gesperrten Zustand des zweiten, des dritten, und des vierten Sonnenrades 150, 152 und 154 auf eine herkömmliche Weise gesteuert. Ein jedes des zweiten, des dritten und vierten Sonnenrades 150, 152 und 154 dreht im freien Zustand um die Stützwelle 22, während ein jedes des zweiten, des dritten und des vierten Sonnenrades 150, 152 und 154 im gesperrten Zustand am Drehen um die Stützwelle 22 gehindert wird. Mittels dieses Schaltens der Zustände wird einer der Leistungsübertragungswege vom Eingabepart 64 hin zum Ausgabepart 68 ausgewählt. Die Ausgestaltungen und die Betätigungen der Schaltsteuermanschette sind herkömmlich wohl bekannt, beispielsweise aus den US-Patenten mit den Nummern
6,607,465 und
7,682,283 . Detaillierte Ausgestaltungen werden um der Kürze willen daher weggelassen.
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Wie in 3 gezeigt, schließt der Leistungsüberträgermechanismus 112 weiter einen Planetengetriebeträger 200, ein erstes Hohlrad 202, ein zweites Hohlrad 204, eine Vielzahl von (z.B. drei) ersten Planetenrädern 206 und eine Vielzahl von (z. B. drei) zweiten Planetenrädern 208 ein.
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Der Planetengetriebeträger 200 ist drehbar um die Stützwelle 22 gestützt. Der Planetengetriebeträger 200 stützt die ersten Planetenräder 206 drehbar um eine Vielzahl von (z. B. drei) ersten Ritzelstiften 210 und stützt die zweiten Planetenräder 208 drehbar um eine Vielzahl von (z. B. drei) zweiten Ritzelstiften 212. Die ersten und die zweiten Ritzelstifte 210 und 212 sind fixiert gekoppelt mit dem Planetengetriebeträger 200. Insbesondere sind die ersten Ritzelstifte 210 äquidistant in der umlaufenden Richtung um die Stützwelle 22 am Planetengetriebeträger 200 angeordnet, während die zweiten Ritzelstifte 212 äquidistant in der umlaufenden Richtung um die Stützwelle 22 am Planetengetriebeträger 200 angeordnet sind. Ein jeder der ersten Ritzelstifte 210 ist konzentrisch bezüglich eines der zweiten Ritzelstifte 212 angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform sind die ersten und die zweiten Ritzelstifte 210 und 212 unabhängig als separate Glieder ausgeformt. Jedoch können die ersten und die zweiten Ritzelstifte 210 und 212, welche konzentrisch angeordnet sind, integral bzw. einstückig als ein einstückiges, einheitliches Glied ausgeformt sein. Der Planetengetriebeträger 200 ist aus einem leichten Legierungsmetall wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung, Stahl oder einem anderen geeigneten Material gemacht. Obendrein kann der Planetengetriebeträger 200 durch kombinieren einer Vielzahl von separaten Parts ausgeformt sein.
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Die ersten Ritzelstifte 210 stützen drehbar jeweils die ersten Planetenräder 206. Ein jedes der ersten Planetenräder 206 hat einen Zahnradabschnitt 220 kleinen Durchmessers (z. B. 14T), welcher mit dem ersten Sonnenradzähnen 158 des ersten Sonnenrades 148 eingreift, und einen Zahnradabschnitt 222 großen Durchmessers (z. B. 22T), welcher mit einem ersten inneren umlaufenden Zahnradabschnitt 224 (z. B. 84T) des ersten Hohlrades 202 eingreift. Auf ähnliche Weise stützen die zweiten Ritzelstifte 212 drehbar jeweils die zweiten Planetenräder 208. Ein jedes der zweiten Planetenräder 208 schließt ein einen Zahnradabschnitt 226 großen Durchmessers (z. B. 29T), welcher mit den vierten Sonnenradzähnen 188 des vierten Sonnenrades 154 eingreift, einen Zahnradabschnitt 228 mittleren Durchmessers (z. B. 18T), welcher mit dem dritten Sonnenradzähnen 186 des dritten Sonnenrades 152 eingreift, und einen Zahnradabschnitt 230 kleinen Durchmessers (z. B. 14T), welcher mit dem zweiten Sonnenradzähnen 164 des zweiten Sonnenrades 150 und dem inneren umlaufenden Zahnradabschnitt 232 (z. B. 78T) des zweiten Hohlrades 204 eingreift.
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Der Planetengetriebeträger 200 hat weiter eine Vielzahl von (z. B. 12) Splines 238 an einer inneren umlaufenden Fläche eines linken Endabschnittes des Planetengetriebeträgers 200. Die koppelnden bzw. mit einer Kupplung eingreifenden Splines 238 des Planetengetriebeträgers 200 stehen selektiv mit einer Vielzahl von Splines 240, umlaufend an einem Kuppelring 242 angeordnet, im Eingriff. Insbesondere ist der Kuppelring 242 gleitfähig entlang einer Mittelachse der Stützwelle 22 zwischen einer Eingreifposition und einer Nicht-Eingreifposition infolge einer Dreheingabe seitens der Schaltmotoreinheit 32a. Der Kuppelring 242 ist nicht-drehbar mit den Splines an einer inneren umlaufenden Fläche des Eingabeparts 64 gekoppelt. Der Kuppelring 242 koppelt daher den Eingabepart 64 mit dem Planetengetriebeträger 200, wenn der Kuppelring 242 sich in der Eingreifposition befindet, so dass der Eingabepart 64 und der Planetengetriebeträger 200 gemeinsam drehen. Andererseits steht der Eingabepart 64 mit dem Planetengetriebeträger 200 außer Eingriff, wenn der Kuppelring 242 sich in der Nicht-Eingreifposition befindet.
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Das erste Hohlrad 202 schließt weiter einen zweiten inneren umlaufenden Zahnradabschnitt 244 (z. B. 36T) zum Eingreifen mit einer Vielzahl von umlaufend angeordneten Klauen 246 ein, welche schwenkbar an einer äußeren Fläche des Eingabeparts 64 montiert sind. Die Klauen 246 sind radial nach außen vorgespannt mittels einer Klauenfeder 248 und dienen daher als eine Kupplung zwischen dem Eingabepart 64 und dem ersten Hohlrad 202. Eine Vielzahl von Klauen 249 ist auch umlaufend an der äußeren umlaufenden Fläche des Eingabeparts 64 angeordnet zum Treiben des ersten Hohlrades 202 infolge der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle 14 in einer herkömmlich wohlbekannten Weise.
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Das zweite Hohlrad 204 ist mit dem Ausgabepart 68 gekoppelt mittels einer Einwegkupplung 250 in Gestalt einer Walzenkupplung mit einer Vielzahl von (z.B. 18) Walzen und Nockenflächen. Die Einwegkupplung 250 ist derart ausgestaltet, dass die Einwegkupplung 250 nur die Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle 14 an den Ausgabepart 68 überträgt.
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In der dargestellten Ausführungsform schließt der Leistungsüberträgermechanismus 112 der Planetengetriebeeinheit 66 weiter einen Federring 254, angeordnet zwischen dem ersten und dem zweiten Sonnenrad 148 und 150, ein. Mit anderen Worten schließt der Leistungsüberträgermechanismus 112 der Planetengetriebeeinheit 66 das erste und das zweite Sonnenrad 148 und 150 ein, welche wirkverbunden mittels des Federrings 254 sind. Wie in 5, 8 und 9 gezeigt, weist der Federring 254 einen Beinabschnitt 254a und einen Ringabschnitt 254b auf. Wie in 3 gezeigt, ist der Beinabschnitt 254a in einem Aufnahmeloch 256 des ersten Sonnenrades 148 angeordnet. Der Ringabschnitt 254b erstreckt sich vom Beinabschnitt 254a und ist in einer inneren umlaufenden Nut 258 des zweiten Sonnenrades 150 angeordnet. Insbesondere hat der Ringabschnitt 254b einen größeren Durchmesser als den der inneren umlaufenden Nut 258 des zweiten Sonnenrades 150, wenn der Federring 254 in einem unbelasteten Zustand ist, wie in 8 und 9 gezeigt. Der Ringabschnitt 254b des Federrings 254 ist also in einem belasteten Zustand, während der Ringabschnitt 254b in der inneren umlaufenden Nut 258 des zweiten Sonnenrades 150 angeordnet ist, wie in 3 gezeigt. Insbesondere ist der Beinabschnitt 254a des Federrings 254 im Aufnahmeloch 256 des ersten Sonnenrades 148 derart angeordnet, dass der Federring 254 nicht-drehbar mit dem ersten Sonnenrad 148 gekoppelt ist. Andererseits ist der Ringabschnitt 254b des Federrings 254 gleitfähig in der inneren umlaufenden Nut 258 des zweiten Sonnenrades 150 angeordnet, während der Federring 254 im belasteten Zustand ist. Die Winkelposition des zweiten Sonnenrades 150 um die Stützwelle 22 herum bezüglich des ersten Sonnenrades 148 wird daher mittels des Federrings 254 aufrecht erhalten, während die Drehkraft, welche auf das zweite Sonnenrad 150 ausgeübt wird, kleiner ist als die Halte-oder Reibungskraft zwischen dem Ringabschnitt 254b des Federrings 254 und der inneren umlaufenden Nut 258 des zweiten Sonnenrades 150. Andererseits dreht das zweite Sonnenrad 150 bezüglich des ersten Sonnenrades 148, wenn die Drehkraft, welche auf das zweite Sonnenrad 150 ausgeübt wird, größer wird als die Halte- oder Reibungskraft zwischen dem Ringabschnitt 254b des Federrings 254 und dem zweiten Sonnenrad 150.
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Unter Bezugnahme auf 2 bis 4 wird nun die Ausgestaltung des Kuppelmechanismus 38 im Detail beschrieben. Der Kuppelmechanismus 38 ist wirkend angeordnet zwischen der Kurbelwelle 14 und dem vorderen Zahnrad 28. Der Kuppelmechanismus 38 ist ausgestaltet, um das vordere Zahnrad 28 um die Drehachse X1 in der Rückwärtsdrehrichtung (z. B. einer zweiten Richtung) zu drehen, wenn die Kurbelwelle 14 um die Drehachse X1 in der Rückwärtsdrehrichtung dreht. Die Rückwärtsdrehrichtung ist der Vorwärtsdrehrichtung entgegengesetzt. Der Kuppelmechanismus 38 ermöglicht eine Relativdrehung zwischen der Kurbelwelle 14 und dem vorderen Zahnrad 28 in der Vorwärtsdrehrichtung (z. B. der ersten Richtung). Der Kuppelmechanismus 38 ist an der Stützwelle 22 des Gangschaltmechanismus 32 derart gestützt, dass der Kuppelmechanismus 38 wirkend zwischen dem Planetengetriebeträger 200 der Planetengetriebeeinheit 66 und dem Ausgabepart 68 des Gangschaltmechanismus 32 angeordnet ist. Der Kuppelmechanismus 38 schließt einen gezahnten Part 260 (z. B. einen innen gezahnten Part), eine Klauenstütze 262, eine Vielzahl von Eingreifklauen 264 und eine Vielzahl von Vorspanngliedern 266 ein. Der Kuppelmechanismus 38 schließt einen Steuerpart 268 ein.
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Der gezahnte Part 260 ist an einer inneren umlaufenden Fläche der rechen Schale 132 des Ausgabeparts 68 des Gangschaltmechanismus 32 angeordnet. Der gezahnte Part 260 hat eine Vielzahl von Eingreifzähnen 260, welche an der inneren umlaufenden Fläche der rechten Schale 132 ausgeformt sind. Die Eingreifzähne 260a greifen selektiv ein mit den Eingreifklauen 264 zum Übertragen der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle 14 an den Ausgabepart 68.
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Die Klauenstütze 262 ist beweglich am Planetengetriebeträger 200 der Planetengetriebeeinheit 66 angebracht. Insbesondere ist die Klauenstütze 262 beweglich um einen axial sich erstreckenden Abschnitt 270 des Planetengetriebeträgers 200 angebracht, welcher einen Abschnitt großen Durchmessers 270a und einen Abschnitt kleinen Durchmessers 270b aufweist. Die Klauenstütze 262 ist integral bzw. einstückig als ein einstückiges, einheitliches Glied ausgeformt und ist aus einem metallischen Material oder einem beliebigen anderen geeigneten Material gemacht. Die Klauenstütze 262 hat erste und zweite ringförmige Abschnitte 272 und 274, welche axial bezüglich einander angeordnet sind. Der erste ringförmige Abschnitt 272 hat eine Vielzahl von (z. B. vier) Klauenaufnahmeöffnungen 272a, welche umlaufend an einer äußeren umlaufenden Fläche des ersten ringförmigen Abschnittes 272 angeordnet sind. Der zweite ringförmige Abschnitt 274 hat eine Vielzahl von Kuppelklauenmontageabschnitten 274a, welche umlaufend an einer äußeren umlaufenden Fläche des zweiten ringförmigen Abschnittes 274 angeordnet sind.
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Der zweite ringförmige Abschnitt 274 der Klauenstütze 262 hat eine Vielzahl von Einschnitten 278, welche in einer umlaufenden Richtung der Klauenstütze 262 angeordnet sind. Insbesondere sind die Einschnitte 278 umlaufend an einer inneren umlaufenden Fläche des zweiten ringförmigen Abschnittes 274 angeordnet. Der Planetengetriebeträger 200 der Planetengetriebeeinheit 66 hat eine Vielzahl von Vorsprüngen 280. Insbesondere sind die Vorsprünge 280 umlaufend an einer äußeren umlaufenden Fläche des Abschnittes 270a großen Durchmessers des axial sich erstreckenden Abschnittes 270 des Planetengetriebeträgers 200 angeordnet. Die Vorsprünge 280 sind jeweils in den Einschnitten 278 befindlich. Wie in 6 und 7 gezeigt, sind die Einschnitte 278 und die Vorsprünge 280 jeweils bezüglich einander mit umlaufenden Abständen zwischen sich angeordnet, um einen begrenzten Bereich von Relativdrehung zwischen der Klauenstütze 262 und dem Planetengetriebeträger 200 bereitzustellen. In der dargestellten Ausführungsform, wie in 6 gezeigt, weisen die Vorsprünge 280 jeweils erste Berührflächen 280a (z. B. Berührflächen) auf, welche umlaufend jeweils erste innere Flächen 278a (z. B. Innenflächen) der Einschnitte 278 berühren, wenn die Kurbelwelle 14 in der Vorwärtsdrehrichtung derart dreht, dass die Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle 14 in der Vorwärtsdrehrichtung vom Planetengetriebeträger 200 der Planetengetriebeeinheit 66 an den Ausgabepart 68 der Gangschaltvorrichtung 32 mittels der Klauenstütze 262 übertragen wird. Obendrein haben die Vorsprünge 280, wie in 7 gezeigt, jeweils zweite Berührflächen 280b, welche jeweils umlaufend die zweiten inneren Flächen 278b der Einschnitte 278 berühren, wenn die Kurbelwelle 14 in der Rückwärtsdrehrichtung derart dreht, dass die Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle 14 in der Rückwärtsdrehrichtung vom Planetengetriebeträger 200 der Planetengetriebeeinheit 66 an den Ausgabepart 68 des Gangschaltmechanismus 32 mittels der Klauenstütze 262 übertragen wird. Die ersten und die zweiten Berührflächen 280a und 280b eines jeden der Vorsprünge 280 sind in einander entgegengesetzte umlaufende Richtungen gewandt, während die ersten und zweiten inneren Flächen 278a und 278b eines jeden der Einschnitte 278 in entgegengesetzte umlaufende Richtungen gewandt sind.
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In der dargestellten Ausführungsform weist die Klauenstütze 262 die Einschnitte 278 auf, während der Planetengetriebeträger 200 die Vorsprünge 280 aufweist. alternativ kann jedoch die Klauenstütze 262 eine Vielzahl von Vorsprüngen, angeordnet in der umlaufenden Richtung der Klauenstütze 262, aufweisen, während der Planetengetriebeträger 200 der Planetengetriebeeinheit 66 eine Vielzahl von Einschnitten, befindlich in den Einschnitten, aufweisen kann. In diesem Fall können die Einschnitte und die Vorsprünge bezüglich einander jeweils mit umlaufenden Abständen zwischen sich angeordnet sein zum Bereitstellen eines beschränkten Bereiches von Relativdrehung zwischen der Klauenstütze 262 und dem Planetengetriebeträger 200.
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Wie in 3, 4, 6 und 7 gezeigt, sind die Eingreifklauen 264 beweglich zwischen einer Freigabeposition und einer Eingreifposition an der Klauenstütze 262 montiert. Eine jede der Klauenstützen 264 hat ein Eingreifende 264a und ein Steuerende 264b. Die Eingreifenden 264a der Eingreifklauen 264 stehen in Eingriff mit dem Eingreifzähnen 260a der rechten Schale 132, wenn die Eingreifklauen 264 in der Eingreifposition befindlich sind, während die Eingreifenden 264a der Eingreifklauen 264 außer Eingriff stehen mit den Eingreifzähnen 260a der rechten Schale 132, wenn die Eingreifklauen 264 in der Freigabeposition befindlich sind. Die Eingreifklauen 264 sind jeweils schwenkbar in den Klauenaufnahmeöffnungen 272a des ersten ringförmigen Abschnittes der Klauenstütze 262 angeordnet. Insbesondere sind die Eingreifklauen 264 jeweils schwenkbar mit einer Vielzahl von Schwenkstiften 282 gekoppelt. Die Schwenkstifte 282 sind jeweils fixiert gekoppelt mit dem ersten ringförmigen Abschnitt 272 der Klauenstütze 262 in den Klauenaufnahmeöffnungen 272a.
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Die Vorspannglieder 266 spannen die Eingreifklauen 264 hin zur Eingreifposition vor. Die Vorspannglieder 266 schließen im wesentlichen Klauenfedern, wirkend angeordnet zwischen den Eingreifklauen 264 und der Klauenstütze 262, ein.
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Der Steuerpart 268 ist an einer äußeren umlaufenden Fläche des Planetengetriebeträgers 200 der Planetengetriebeeinheit 66 angeordnet. Der Steuerpart 268 bewirkt selektiv ein Eingreifen der Eingreifklauen 264 mit dem gezahnten Part 260, wenn die Kurbelwelle 14 in der Rückwärtsdrehrichtung derart dreht, dass der Kuppelmechanismus 38 die Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle 14 an den Ausgabepart 68 des Gangschaltmechanismus 32 überträgt. Insbesondere weist der Steuerpart 268, wie in 6 und 7 gezeigt, eine Vielzahl von Steuervorsprüngen 284 auf, welche umlaufend an einer äußeren umlaufenden Fläche des Abschnittes 270b kleinen Durchmessers des axial sich erstreckenden Abschnittes 270 des Planetengetriebeträgers 200 angeordnet sind. Insbesondere stehen die Steuervorsprünge 284, wie in 6 gezeigt, mit den Steuerenden 264b der Eingreifklauen 264 im Eingriff, während der Planetengetriebeträger 200 infolge der Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle 14 dreht. Dies bewegt die Eingreifklauen 264 hin zur Freigabeposition, so dass verhindert wird, dass die Drehung des Planetengetriebeträgers 200 an die rechte Schale 132 des Ausgabeparts 68 mittels der Eingreifklauen 264 übertragen wird. Andererseits stehen die Steuervorsprünge 284, wie in 7 gezeigt, mit den Steuerenden 264b der Eingreifklauen 264 außer Eingriff, während der Planetengetriebeträger 200 infolge der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle 14 dreht. Dies bewegt die Eingreifklauen 264 zurück zur Eingreifposition aufgrund der Vorspannkraft der Vorspannglieder 266, so dass die Drehung des Planetengetriebeträgers 200 an die rechte Schale 132 des Ausgabeparts 68 mittels der Eingreifklauen 264 übertragen wird. Insbesondere wird diese Drehung des Planetengetriebeträgers 200, wie in 7 gezeigt, an die Klauenstütze 262 mittels der Verbindungen zwischen den Vorsprüngen 280 des Planetengetriebeträgers 200 und der Vorsprünge 278 der Klauenstütze 262 übertragen, woraufhin die Drehung der Klauenstütze 262 an die rechte Schale 132 des Ausgabeparts 68 mittels der Eingreifklauen 264 übertragen wird.
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Der Kuppelmechanismus 38 schließt weiter ein Halteglied 286 ein, welches wirkend angeordnet zwischen der Stützwelle 22 und der Klauenstütze 262. Das Halteglied 286 hält eine relative Winkelposition zwischen der Klauenstütze 262 und der Stützwelle 22 aufrecht, bevor die Eingreifklauen 264 mit der rechten Schale 132 des Ausgabeparts 68 in Eingriff gelangen. Wie in 4, 10 und 11 gezeigt, schließt das Halteglied 286 des Kuppelmechanismus 38 weiter einen Federring 288 mit einem Beinabschnitt 288a und einem Ringabschnitt 288b ein. Der Beinabschnitt 288a ist nicht-drehbar mit dem Kegel 142 gekoppelt, welcher an der Stützwelle 22 des Gangschaltmechanismus 32 befestigt ist. Der Ringabschnitt 288b erstreckt sich vom Beinabschnitt 288a und ist in einer äußeren umlaufenden Nut 262a der Klauenstütze 262 des Kuppelmechanismus 38 angeordnet. Insbesondere hat der Ringabschnitt 288b einen kleineren Durchmesser als die äußere umlaufende Nut 262a der Klauenstütze 262, wenn der Federring 288 in einem unbelasteten Zustand ist, wie in 11 gezeigt. Der Ringabschnitt 288b des Federrings 288 ist also in einem Lastzustand bzw. belasteten Zustand, wie in 10 gezeigt, während der Ringabschnitt 288b in der äußeren umlaufenden Nut 262a der Klauenstütze 262 angeordnet ist. Insbesondere ist der Beinabschnitt 288a des Federrings 288 in einem Aufnahmeloch 142a des Kegels 142 derart angeordnet, dass der Federring 288 nicht-drehbar mit der Stützwelle 22 gekoppelt ist. Andererseits ist der Ringabschnitt 288b des Federrings 288 gleitfähig in der äußeren umlaufenden Nut 262a der Klauenstütze 262 angeordnet, während der Federring 288 im Lastzustand bzw. belasteten Zustand ist. Die Winkelposition der Klauenstütze 262 um die Stützwelle 22 herum wird also aufrecht erhalten durch den Federring 288, während die Drehkraft, welche auf die Klauenstütze 262 wirkt, kleiner ist als die Halte-oder Reibungskraft zwischen dem Ringabschnitt 288b des Federrings 288 und der äußeren umlaufenden Nut 262a der Klauenstütze 262. Andererseits dreht die Klauenstütze 262 bezüglich der Stützwelle 22, wenn die Drehkraft, welche auf die Klauenstütze 262 wirkt, größer als die Halte- oder Reibungskraft zwischen dem Ringabschnitt 288b des Federrings 288 und der äußeren umlaufenden Nut 262a der Klauenstütze 262 wird.
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Der Kuppelmechanismus 38 schließt weiter eine Einwegkupplung 290 ein. Die Einwegkupplung 290 ist wirkend zwischen der Klauenstütze 262 und der rechten Schale 132 des Ausgabeparts 68 zum Übertragen der Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle 14 an den Ausgabepart 68 angeordnet. Insbesondere hat die Einwegkupplung 290 eine Vielzahl von Kuppelklauen 292, welche schwenkbar an den Kuppelklauenmontageabschnitten 274a der Klauenstütze 262 gestützt sind. Die Kuppelklauen 292 sind radial auswärts vorgespannt durch eine Vielzahl von Klauenfedern 294 zum Eingreifen mit inneren umlaufenden Kuppelzähnen 296, welche an der inneren umlaufenden Fläche der linken Seite der rechten Schale 132 ausgeformt sind. Die Kuppelklauen 292 übertragen die Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle 14 an die rechte Schale 132 und folglich an den Ausgabepart 68. Insbesondere sind die Steuervorsprünge 284, wie in 6 gezeigt, im Eingriff mit den Steuerenden 264b der Eingreifklauen 264, während der Planetengetriebeträger 200 infolge einer Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle 14 dreht. Ein Übertragen dieser Drehung des Planetengetriebeträgers 200 an die rechte Schale 132 des Ausgabeparts 68 wird mittels der Eingreifklauen 264 verhindert. Jedoch wird diese Drehung des Planetengetriebeträgers 200, wie in 6 gezeigt, an die Klauenstütze 262 mittels der Verbindungen zwischen den Vorsprüngen 280 des Planetengetriebeträgers 200 und der Einschnitte 278 der Klauenstütze 262 übertragen, woraufhin die Drehung der Klauenstütze 262 an die rechte Schale 132 des Ausgabeparts 68 mittels der Einwegkupplung 290 übertragen wird.
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In der dargestellten Ausführungsform ist der gezahnte Part 260 am Ausgabepart 68 des Gangschaltmechanismus 32 angeordnet, während die Klauenstütze 262 beweglich am Planetengetriebeträger 200 der Planetengetriebeeinheit 66 angebracht ist. Jedoch kann der gezahnte Part 260 alternativ am Planetengetriebeträger der Planetengetriebeeinheit 66 angeordnet sein, während die Klauenstütze 262 beweglich am Ausgabepart 68 des Gangschaltmechanismus 32 angebracht ist.
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Im Falle dieser Antriebseinheit 10, wie in
2 gezeigt, wird das durch die Pedalkraft erzeugte Drehmoment in der Vorwärtsdrehrichtung auf dem Folgenden Übertragungsweg übertragen: Die bzw. Kurbeln 101 --> die Kurbelwelle 14 --> das erste Drehüberträgerglied 16 --> das zweite Drehüberträgerglied 20 --> das dritte Drehüberträgerglied 26 --> der Gangschalthauptkörper 32b --> das erste Getriebeglied 76 --> das zweite Getriebeglied 78. Andererseits wird das Ausgabedrehmoment des Motors 30 auf dem folgendem Weg übertragen: Die Untersetzungsgetriebeeinheit 34 --> das Drehmomentüberträgerglied 70 --> die Einwegkupplung 80 --> das zweite Getriebeglied 78. Das zweite Getriebeglied 78 kombiniert diese beiden Drehmomente, um sie an das vordere Zahnrad 28 zu übertragen. Die Vorwärtsdrehung der Kurbeln 101 wird daher an das vordere Zahnrad 28 übertragen nach einem Unterstützen durch den Motor 30. Im Gangschalthauptkörper 32b überträgt die Planetengetriebeeinheit 66 die Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle 14 mittels einer Vielzahl von Leistungsübertragungswegen. Dieser Schaltvorgang zum Auswählen eines aus den Leistungsübertragungswegen ist herkömmlich wohl bekannt wie beispielsweise in US-Patenten mit den Nummern
6,607,465 und
7,682,283 . Daher werden hier die detaillierten Ausgestaltungen um der Kürze Willen weggelassen.
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Andererseits wird im Falle dieser Antriebseinheit 10 die Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 ebenfalls an das vordere Zahnrad 28 übertragen, um das vordere Zahnrad 28 in der Rückwärtsdrehrichtung zu drehen. Insbesondere wird das durch die Pedalkraft erzeugte Drehmoment in der Rückwärtsrichtung auf dem folgenden Übertragungsweg übertragen: Die Kurbeln 101 --> die Kurbelwelle 14 --> das erste Drehüberträgerglied 16 --> das zweite Drehüberträgerglied 20 --> das dritte Drehüberträgerglied 26 --> der Gangschalthauptkörper 32b --> das erste Getriebeglied 76 --> das zweite Getriebeglied 78 --> das vordere Zahnrad 28. Insbesondere gerät im Falle des Gangschalthauptkörpers 32b, wenn die Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 übertragen wird an den Eingabepart 64 des Gangschalthauptkörpers 32b, der Kuppelring 242 außer Eingriff mit der Planetengetriebeeinheit 200 unabhängig von der Auswahl der Leistungsübertragungswege. Die Drehung des Eingabeparts 64 wird dann übertragen an den Ausgabepart 68 mittels des folgenden Übertragungsweges: Der Eingabepart 64 --> die Klauen 249 --> das erste Hohlrad 202 --> der Planetengetriebeträger 200 --> die Eingreifklauen 264 --> die rechte Schale 132 --> der Ausgabepart 68. Die Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 wird also an das vordere Zahnrad 28 übertragen, um das vordere Zahnrad 28 in der Rückwärtsdrehrichtung zu drehen, wodurch die Rücktrittbremse 104a der hinteren Nabe 104 betätigt wird.
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Im Falle dieser Antriebseinheit 10 schließt der Gangschalthauptkörper 32b das Halteglied 286 ein, welches die relative Winkelposition zwischen der Stützwelle 22 und der Klauenstütze 262 aufrechterhält. Wie in 6 gezeigt, drehen der Planetengetriebeträger 200 und die Klauenstütze 262 gemeinsam in der Uhrzeigersinnrichtung, während die Eingreifklauen 264 in der Freigabeposition gehalten werden. Infolge einer Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 zum Betätigen der Rücktrittbremse 104a beginnt der Planetengetriebeträger 200 entgegen dem Uhrzeigersinn in 6 zu drehen. Wenn die Klauenstütze 262 beginnt, gemeinsam mit dem Planetengetriebeträger 200 entgegen der Uhrzeigersinnrichtung in 6 zu drehen infolge der Rückwärtsdrehung der Kurbeln 100, gelangen die Eingreifklauen 264 nicht in Eingriff mit dem gezahnten Part 260, wie in 6 gezeigt. Im Falle dieser Antriebseinheit 10 erhält das Halteglied 286 jedoch die relative Winkelposition zwischen der Stützwelle 22 und der Klauenstütze 262 so lange aufrecht, bis die Drehkraft, welche auf die Klauenstütze 262 wirkt, größer wird als die Halte- oder Reibungskraft zwischen dem Federring 288 des Haltegliedes 286 und der Klauenstütze 262. Das Halteglied 286 ermöglicht also, dass der Planetengetriebeträger 200 im Verhältnis zur Klauenstütze 262 relativ dreht infolge der Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101, und verhindert, dass die Klauenstütze 262 gemeinsam mit dem Planetengetriebeträger 200 entgegen der Uhrzeigersinnrichtung dreht, bis die Stellung des Planetengetriebeträgers 200 bezüglich der Klauenstütze 262 übergeht von der Stellung aus 6 hin zur Stellung aus 7. Im Falle dieser Antriebseinheit 10 können also die Eingreifklauen 264 des Kuppelmechanismus 38 geeignet betätigt werden infolge einer Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101.
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Im Falle dieser Antriebseinheit 10 schließt der Gangschalthauptkörper 32b den Federring 254 ein, welcher die relative Winkelposition zwischen dem ersten und dem zweiten Sonnenrad 148 und 150 aufrechterhält. Während die Kurbeln 101 in der Vorwärtsdrehrichtung drehen, gerät die Einwegkupplung 250 mit dem zweiten Hohlrad 204 und dem Ausgabepart 68 in Eingriff. Wenn die Drehung der Kurbeln 101 gestoppt wird, bleibt obendrein die Einwegkupplung 250 im Eingriff mit dem zweiten Hohlrad 204 und dem Ausgabepart 68. Wenn die Eingreifklauen 264 in Eingriff geraten mit dem gezahnten Part 260 der rechten Schale 132 des Ausgabeparts 68, bevor die Einwegkupplung 250 außer Eingriff gerät, infolge einer Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 zum Betätigen der Rücktrittbremse 104a, kann in diesem Fall der Gangschaltmechanismus 32 versperrt oder blockiert werden, da sowohl der Gangschaltmechanismus 38 und die Einwegkupplung 250 mit dem Ausgabepart 68 im Eingriff stehen. Jedoch hält im Falle dieser Antriebseinheit 10 der Federring 254 die relative Winkelposition zwischen dem ersten und dem zweiten Sonnenrad 148 und 150 aufrecht, bis die Drehkraft, welche auf das zweite Sonnenrad 150 wirkt, größer wird als die Halte-oder Reibungskraft zwischen dem Federring 254 und dem zweiten Sonnenrad 150. Infolge der Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 werden daher die zweiten Planetenräder 208 zuerst gedreht, während das zweite Sonnenrad 150, im Eingriff stehend mit den zweiten Planetenrädern 208, stationär ist bezüglich des ersten Sonnenrades 148, welches ebenfalls das zweite Hohlrad 204 dreht, um die Einwegkupplung 250 außer Eingriff zu bringen. Nachdem die Einwegkupplung 250 außer Eingriff gebracht ist, gelangen die Eingreifklauen 264 mit dem gezahnten Part 260 der rechten Schale 132 des Ausgabeparts 68 in Eingriff. Der Federring 254 verhindert daher, dass sowohl der Kuppelmechanismus 38 als auch die Einwegkupplung 250 in Eingriff mit dem Ausgabepart 68 infolge der Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 gelangen, was ein Blockieren des Gangschaltmechanismus 32 verhindert. Die Rücktrittbremse 104 kann also geeignet infolge der Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 betätigt werden.
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In der dargestellten Ausführungsform können das erste Drehüberträgerglied 16, das zweite Drehüberträgerglied 20 und das dritte Drehüberträgerglied 26 aus jedweden geeigneten Parts, ausgewählt aus der Gruppe von Getrieberädern, Zahnrädern oder Riemenrädern, gemacht werden.
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In der dargestellten Ausführungsform sind die Lager Kugellager oder nadelförmige Walzenlager. Jedoch wird es den Fachleuten von dieser Offenbarung klar werden, dass jedweder Typ von Lager, welcher es ermöglicht, die Glieder drehbar einzubauen, verwendet werden kann. Beispielsweise können zusätzlich zu den Kugellagern oder nadelförmigen Walzenlagern andere Typen von Kugellagern sowie Buchsen oder Gleitlager ebenfalls in der dargestellten Ausführungsform angewandt werden.
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ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
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Bezugnehmend auf 12 wird nun eine Antriebseinheit 310 gemäß einer zweiten Ausführungsform erläutert werden.
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In Anbetracht der Ähnlichkeit zwischen der ersten und der zweiten Ausführungsform werden die Parts der zweiten Ausführungsform, welche identisch sind mit den Parts der ersten Ausführungsform, mit denselben Bezugszeichen wie die Parts der ersten Ausführungsform versehen. In jedem Fall können die Beschreibungen der Parts der zweiten Ausführungsform, welche im Wesentlichen identisch sind mit den Parts der ersten Ausführungsform, um der Kürze willen weggelassen werden. Jedoch wird es den Fachleuten von dieser Offenbarung klar werden, dass die Beschreibungen und Veranschaulichungen der ersten Ausführungsform ebenfalls auf diese zweite Ausführungsform zutreffen, abgesehen davon, wie im Folgenden veranschaulicht und/oder beschrieben:
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Im Wesentlichen ist die Antriebseinheit 310 in der Nähe der Kurbeln 101 angeordnet (siehe 1). In der dargestellten Ausführungsform hat die Antriebseinheit 310, wie in 12 gezeigt, ein Gehäuse 312, eine Kurbelwelle 314, ein erstes Drehüberträgerglied 316, eine Zwischenwelle 318, ein zweites Drehüberträgerglied 320, eine Stützwelle 322, eine zweite Kette 324, ein drittes Drehüberträgerglied 326 und ein vorderes Zahnrad 328 (z. B. ein Zahnrad). In der dargestellten Ausführungsform sind die Kurbelwelle 314, die Zwischenwelle 318 und die Stützwelle 322 angeordnet, dass sie sich parallel zueinander an beabstandeten Orten erstrecken. Wie in 12 gezeigt, hat die Antriebseinheit 310 einen Motor 330, einen Gangschaltmechanismus 332, eine Untersetzungsgetriebeeinheit 334, einen Drehmomentkombiniermechanismus 336 und einen Kuppelmechanismus 338. Die Fahrradantriebseinheit 310 schließt daher den Motor 330, die Kurbelwelle 314, den Drehmomentkombiniermechanismus 336 und den Kuppelmechanismus 338 ein.
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In der dargestellten Ausführungsform sind das Gehäuse 312, die Kurbelwelle 314, das erste Drehüberträgerglied 316, die Zwischenwelle 318, das zweite Drehüberträgerglied 320, die Stützwelle 322, die zweite Kette 324, das dritte Drehüberträgerglied 326, der Motor 330, die Untersetzungsgetriebeeinheit 334, der Drehmomentkombiniermechanismus 336 im Wesentlichen identisch mit dem Gehäuse 12, der Kurbelwelle 14, dem ersten Drehüberträgerglied 16, der Zwischenwelle 18, dem zweiten Drehüberträgerglied 20, der Stützwelle 22, der zweiten Kette 24, dem dritten Drehüberträgerglied 26, dem Motor 30, der Untersetzungsgetriebeeinheit 34, dem Drehmomentkombiniermechanismus 36 gemäß der ersten Ausführungsform, abgesehen von kleinen Veränderungen. Die detaillierten Beschreibungen dieser Komponenten werden daher um der Kürze Willen weggelassen werden.
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In der dargestellten Ausführungsform ist die Kurbelwelle 314 um eine Drehachse X1 (z. B. eine erste Drehachse) drehbar. Der Motor 330 schließt ein Kurbelwellenaufnahmeloch 330a ein. Die Kurbelwelle 314 ist drehbar im Kurbelwellenaufnahmeloch 330a des Motors 330 angeordnet.
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Der Gangschaltmechanismus 332 ist auf dem Leistungsübertragungsweg zwischen dem dritten Drehüberträgerglied 326 und dem Drehmomentkombiniermechanismus 336 angeordnet. Der Gangschaltmechanismus 332 hat eine Schaltmotoreinheit 332a. Der Gangschaltmechanismus 332 hat einen Gangschalthauptkörper 332b. Die Schaltmotoreinheit 332a dreht ein Betätigungsglied des Gangschalthauptkörpers 332b hin zu einer vorbestimmten Phase bzw. Orientierung infolge eines Empfangs einer Schaltbetätigung seitens eines Schalters, welcher an einer Lenkstange des Fahrrades angebracht ist. Die Schaltmotoreinheit 332a ist identisch mit der Schaltmotoreinheit 32a gemäß der ersten Ausführungsform. Die detaillierte Beschreibung wird daher um der Kürze Willen weggelassen.
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Der Gangschalthauptkörper 332b ist eine Übertragungseinheit, welche eine Auswahl aus einer Vielzahl von (z. B. acht) Gangverhältnissen erlaubt. Die Ausgestaltung des Gangschalthauptkörpers 332b ist im Wesentlichen identisch mit einer herkömmlich wohlbekannten Übertragungseinheit, wie beispielsweise der Übertragungseinheit, welche im japanischen Gebrauchsmuster mit der Eintragungsnummer 3146138 offenbart ist. Die detaillierten Beschreibungen werden daher um der Kürze Willen weggelassen. In der dargestellten Ausführungsform schließt der Gangschalthauptkörper 332b des Gangschaltmechanismus 332 die Stützwelle 322, einen Eingabepart 344, eine Planetengetriebeeinheit 346 und einen Ausgabepart 348 ein. Die Drehung des dritten Drehüberträgergliedes 326 ist/wird an den Eingabepart 344, die Planetengetriebeeinheit 346 und den Ausgabepart 348 übertragen. Der Eingabepart 344, die Planetengetriebeeinheit 346 und der Ausgabepart 348 sind jeweils drehbar an der Stützwelle 322 gestützt. Insbesondere ist der Eingabepart 344 drehbar an der Stützwelle 322 gestützt und wirkgekoppelt mit der Kurbelwelle 314. Das dritte Drehüberträgerglied 326 ist fixiert gekoppelt mit dem Eingabepart 344, so dass sie gemeinsam drehen können. Die Planetengetriebeeinheit 346 ist zwischen dem Eingabepart 344 und dem Ausgabepart 348 angeordnet. Die Planetengetriebeeinheit 346 stellt selektiv eine Vielzahl von (z. B. acht) Gangverhältnissen ein. Der Ausgabepart 348 ist drehbar an der Stützwelle 322 gestützt und wirkgekoppelt mit dem Drehmomentkombiniermechanismus 336. Der Ausgabepart 348 gibt die Drehung nach einem Wechseln der Drehgeschwindigkeit durch die Planetengetriebeeinheit 346 an den Drehmomentkombiniermechanismus 336 aus.
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Die Untersetzungsgetriebeeinheit 334 ist also identisch mit der Untersetzungsgetriebeeinheit 34, abgesehen von ersten und zweiten Hohlrädern 372d und 374d, welche gekoppelt sind mit einer inneren umlaufenden Fläche eines achsial sich erstreckenden Abschnitts einer Motorhülle 356. Die detaillierten Ausgestaltungen werden daher um der Kürze Willen weggelassen.
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Der Drehmomentkombiniermechanismus 336 ist wirkgekoppelt mit dem Motor 330 und der Kurbelwelle 314 zum Kombinieren von Drehausgaben des Motors 330 und der Kurbelwelle 314. Der Drehmomentkombiniermechanismus 336 hat ein erstes Getriebeglied 376, welches fixiert gekoppelt ist mit dem Ausgabepart 348 des Gangschaltmechanismus 332, ein zweites Getriebeglied 378, welches mit dem ersten Getriebeglied 376 eingreift, und eine Einwegkupplung 380. Der Drehmomentkombiniermechanismus 336 ist wirkverbunden mit einem Rotor 358 (z. B. einem Drehausgabeabschnitt) des Motors 330 mittels der Einwegkupplung 380 zum Aufnehmen der Drehausgabe des Motors 330.
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Das zweite Getriebeglied 378 ist im Wesentlichen identisch mit dem zweiten Getriebeglied 78, abgesehen davon, dass das vordere Zahnrad 328 beweglich am zweiten Getriebeglied 378 angebracht ist. Die detaillierte Beschreibung wird daher um der Kürze Willen weggelassen. Wie in 12 gezeigt, hat das zweite Getriebeglied 378 des Drehmomentkombiniermechanismus 336 einen Zahnradmontageabschnitt 379, welcher ausgestaltet ist, mit dem vorderen Zahnrad 328 (z. B. einem Zahnrad) derart wirkbefestigt zu sein/werden, dass das vordere Zahnrad 328 um die Drehachse X1 (z. B. eine zweite Drehachse eines Zahnrades) in der Vorwärtsdrehrichtung (z. B. einer ersten Richtung) dreht, wenn die Kurbelwelle 314 um die erste Drehachse X1 in der Vorwärtsdrehrichtung dreht.
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Der Kuppelmechanismus 338 ist wirkend angeordnet zwischen der Kurbelwelle 314 und dem vorderen Zahnrad 328. Der Kuppelmechanismus 338 ist ausgestaltet zum Drehen des vorderen Zahnrades 328 um die Drehachse X1 (z. B. eine zweite Drehachse) in der Rückwärtsdrehrichtung (z. B. einer zweiten Richtung), wenn die Kurbelwelle 314 um die Drehachse X1 in der Rückwärtsdrehrichtung dreht. Die Rückwärtsdrehrichtung ist der Vorwärtsdrehrichtung entgegengesetzt. Der Kuppelmechanismus 338 erlaubt eine Relativdrehung zwischen der Kurbelwelle 314 und dem vorderen Zahnrad 328 in der Vorwärtsdrehrichtung (z. B. der ersten Richtung). In der dargestellten Ausführungsform ist der Kuppelmechanismus 338 an der Kurbelwelle 314 zwischen der Kurbelwelle 314 und dem vorderen Zahnrad 328 gestützt. Alternativ kann jedoch der Kuppelmechanismus 338 am vorderen Zahnrad 328 oder dem Drehmomentkombiniermechanismus 336 zwischen der Kurbelwelle 314 und dem vorderen Zahnrad 328 gestützt sein. Der Kuppelmechanismus 338 schließt einen gezahnten Part 360 (z. B. einen innen gezahnten Part), eine Klauenstütze 362, eine Vielzahl von Eingreifklauen 364, eine Vielzahl von Vorspanngliedern 366 ein. Der Kuppelmechanismus 338 schließt ebenfalls einen Steuerpart 368 ein.
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Der gezahnte Part 360 ist am vorderen Zahnrad 328 angeordnet. Insbesondere ist der gezahnte Part 360 an einer inneren umlaufenden Fläche 385a des vorderen Zahnrades 328 angeordnet. Der gezahnte Part 360 hat eine Vielzahl von Eingreifzähnen 360a, welche an der inneren umlaufenden Fläche 385a des vorderen Zahnrades 328 ausgeformt sind. Die Eingreifzähne 360a greifen selektiv ein mit den Eingreifklauen 364 zum Übertragen der Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle 314 des vorderen Zahnrades 328.
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Die Klauenstütze 362 ist fixiert gekoppelt mit der Kurbelwelle 314. Die Klauenstütze 362 stützt schwenkbar die Eingreifklauen 364 an einer äußeren umlaufenden Fläche der Klauenstütze 362 auf eine herkömmliche Weise. In der dargestellten Ausführungsform ist der gezahnte Part 360 am vorderen Zahnrad 328 angeordnet, während die Klauenstütze 362 fixiert gekoppelt mit der Kurbelwelle 314 ist. Alternativ kann jedoch der gezahnte Part 360 an der Kurbelwelle 314 angeordnet sein, während die Klauenstütze 362 fixiert gekoppelt mit dem vorderen Zahnrad 328 sein kann. Insbesondere kann der gezahnte Part 360 an einer äußeren umlaufenden Fläche der Kurbelwelle 314 angeordnet sein, während die Klauenstütze 362 fixiert gekoppelt mit der inneren umlaufenden Fläche 385a des vorderen Zahnrades 328 sein kann. Obendrein kann der gezahnte Part 360 an einem aus dem Zahnradmontageabschnitt 379 und der Kurbelwelle 314 angeordnet sein, während die Klauenstütze 362 fixiert gekoppelt mit dem anderen aus dem Zahnradmontageabschnitt 379 und der Kurbelwelle 314 gekoppelt sein kann. Insbesondere kann der gezahnte Part 360 an einem aus der inneren umlaufenden Fläche 385a des Zahnradmontageabschnitts 379 und der äußeren umlaufenden Fläche der Kurbelwelle 314 angeordnet sein, während die Klauenstütze 362 fixiert gekoppelt sein kann mit dem anderen aus der inneren umlaufenden Fläche 385a des Zahnradmontageabschnitts 379 und der äußeren umlaufenden Fläche der Kurbelwelle 314.
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Wie in 13A bis 13M gezeigt, sind die Eingreifklauen 364 beweglich an der Klauenstütze 362 zwischen einer Freigabeposition und einer Eingreifposition montiert. Eine jede der Eingreifklauen 364 hat ein Eingreifende 364a und ein Schwenkende 364b. Die Eingreifenden 364a der Eingreifklauen 364 sind im Eingriff mit den Eingreifzähnen 360a des vorderen Zahnrades 328, wenn die Eingreifklauen 364 in der Eingreifposition sich befinden, während die Eingreifenden 364a der Eingreifklauen 364 außer Eingriff mit den Eingreifzähnen 360a des vorderen Zahnrades 328 sind, wenn die Eingreifklauen 364 hin zur Freigabeposition bewegt sind/werden. Die Eingreifklauen 364 sind schwenkbar mit der Klauenstütze 362 derart gekoppelt, dass die Eingreifklauen 364 um eine Schwenkachse am Schwenkende 364b auf eine herkömmliche Weise schwenken.
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Die Vorspannglieder 366 spannen jeweils die Eingreifklauen 364 hin zur Eingreifposition vor. Die Vorspannglieder 366 schließen im Wesentlichen Klauenfedern ein, welche wirkend zwischen den Eingreifklauen 364 und der Klauenstütze 362 angeordnet sind.
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Der Steuerpart 368 ist an einer inneren umlaufenden Fläche 379a des Zahnradmontageabschnitts 379 (z. B. einem Ausgabeglied) des Drehmomentkombiniermechanismus 336 angeordnet. Der Steuerpart 368 bewirkt selektiv, dass die Eingreifklauen 364 mit dem gezahnten Part 360 in Eingriff gelangen, wenn die Kurbelwelle 314 in der Rückwärtsdrehrichtung dreht, so dass der Kuppelmechanismus eine Drehung der Kurbelwelle 314 an das vordere Zahnrad 328 überträgt. Andererseits ist der Steuerpart 368 mit dem gezahnten Part 360 ausgerichtet, wenn die Kurbelwelle 314 in der Vorwärtsrichtung dreht, so dass die Eingreifklauen 364 über den Steuerpart 368 und den gezahnten Part 360 gleiten, wenn die Kurbelwelle 314 in der Vorwärtsdrehrichtung dreht. Insbesondere hat der Steuerpart 368, wie in 13A bis 13M gezeigt, eine Vielzahl von Buckeln 391, welche umlaufend an der inneren umlaufenden Fläche 379a des Zahnradmontageabschnitts 379 angeordnet sind. Ein jeder der Buckel 391 hat eine schräge Fläche 391 a. Die schräge Fläche 391 a ist flacher als eine Eingreiffläche 360b eines jeden der Eingreifzähne 360a, welche mit den Eingreifklauen 364 eingreift. Obendrein haben die Buckel 391 eine umlaufende Breite in der umlaufenden Richtung, welche größer ist als die der Eingreifzähne 360a.
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In der dargestellten Ausführungsform hat das vordere Zahnrad 328 einen ringförmigen Abschnitt 383, welcher die Zahnradzähne am äußeren umlaufenden Abschnitt ausbildet, und einen zylindrischen Abschnitt 385, welcher integral bzw. einstückig am inneren umlaufenden Abschnitt des ringförmigen Abschnitts 383 ausgeformt ist. Das vordere Zahnrad 328 ist beweglich an der inneren umlaufenden Fläche 379a des Zahnradmontageabschnitts 379 angebracht. Das vordere Zahnrad 328 dreht um die Drehachse X1 der Kurbelwelle 314. Die Drehachse der Kurbelwelle 314 (z. B. eine erste Drehachse) und die Drehachse des vorderen Zahnrades 328 (z. B. eine zweite Drehachse) fallen also miteinander zusammen. Jedoch wird es natürlich den Fachleuten von dieser Offenbarung klar werden, dass das vordere Zahnrad 328 und die Kurbelwelle 314 bezüglich einander derart angeordnet sein können, dass die Drehachsen des vorderen Zahnrades 328 und der Kurbelwelle 314 bezüglich einander versetzt sind. Das vordere Zahnrad 328 hat Eingreifzähne 360a an einer inneren umlaufenden Fläche 385a des zylindrischen Abschnitts 385.
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Obendrein hat das vordere Zahnrad 328, wie in 13A bis 13M gezeigt, eine Vielzahl von Vorsprüngen 389. Insbesondere sind die Vorsprünge 389 umlaufend an einer äußeren umlaufenden Fläche 385b des zylindrischen Abschnitts 385 angeordnet. Der Zahnradmontageabschnitt 379 des Drehmomentkombiniermechanismus 336 hat eine Vielzahl von Einschnitten 387. Insbesondere sind die Einschnitte 387 umlaufend an der inneren umlaufenden Fläche 379a des Zahnradmontageabschnitts 379 angeordnet. Die Einschnitte 387 und die Vorsprünge 389 sind jeweils bezüglich einander mit umlaufenden Abständen zwischen sich angeordnet, um einen begrenzten Bereich von Relativdrehung zwischen dem Zahnradmontageabschnitt 379 des Drehmomentkombiniermechanismus 336 und dem vorderen Zahnrad 328 bereitzustellen. In der dargestellten Ausführungsform haben die Einschnitte 387, wie in 13B bis 13E und 13H bis 13K gezeigt, jeweils erste innere Flächen 387a, welche umlaufend jeweils erste Berührflächen 389a der Vorsprünge 389 berühren, wenn die Kurbelwelle 314 in der Vorwärtsrichtung derart dreht, dass eine Drehung der Kurbelwelle 314 in der Vorwärtsrichtung vom Zahnradmontageabschnitt 379 des Drehmomentkombiniermechanismus 336 an das vordere Zahnrad 328 übertragen wird. Obendrein haben die Einschnitte 387, wie in 13A und 13G gezeigt, jeweils zweite innere Flächen 387b, welche umlaufend jeweils zweite Berührflächen 389b der Vorsprünge 389 berühren, während die Kurbelwelle 314 stationär ist. Insbesondere ist das vordere Zahnrad 328, wie in 13A und 13G gezeigt, umlaufend vorgespannt in der Uhrzeigersinnrichtung bezüglich des Zahnradmontageabschnitts 379 mittels einer Vorspann- oder Rückholfeder 393. Obendrein ist das vordere Zahnrad 328 umlaufend bezüglich des Zahnradmontageabschnitts 379 derart vorgespannt, dass die Eingreiffläche 360b eines jeden der Eingreifzähne 360a des vorderen Zahnrades 328 in der Vorwärtsrichtung der Kurbelwelle 314 bezüglich der schrägen Fläche 391a eines entsprechenden der Buckel 391 des Zahnradmontageabschnitts 379 angeordnet ist, während die Kurbelwelle 314 stationär ist.
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In der dargestellten Ausführungsform hat der Zahnradmontageabschnitt 379 des Drehmomentkombiniermechanismus 336 die Vorsprünge 387, während das vordere Zahnrad 328 die Vorsprünge 389 aufweist. Alternativ kann jedoch der Zahnradmontageabschnitt 379 des Drehmomentkombiniermechanismus 336 eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweisen, während das vordere Zahnrad 328 eine Vielzahl von Einschnitten aufweisen kann. In diesem Fall sind die Einschnitte und die Vorsprünge jeweils bezüglich einander mit umlaufenden Abständen zwischen sich angeordnet, um einen beschränkten Bereich von Relativdrehung zwischen dem Zahnradmontageabschnitt 379 des Drehmomentkombiniermechanismus 336 und dem vorderen Zahnrad 328 bereitzustellen.
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Im Falle dieser Antriebseinheit 310 wird, wie in 12 gezeigt, das durch die Pedalkraft erzeugte Drehmoment in der Vorwärtsdrehrichtung auf folgendem Übertragungsweg übertragen: Die Kurbeln 101 → die Kurbelwelle 314 → das erste Drehüberträgerglied 316 → das zweite Drehüberträgerglied 320 → das dritte Drehüberträgerglied 326 → der Gangschalthauptkörper 323b → das erste Getriebeglied 376 → das zweite Getriebeglied 378. Andererseits wird das Ausgabedrehmoment des Motors 330 auf folgendem Weg übertragen: Die Untersetzungsgetriebeeinheit 334 → ein Drehmomentüberträgerglied 370 → die Einwegkupplung 380 → das zweite Getriebeglied 378. Das zweite Getriebeglied 378 kombiniert diese beiden Drehmomente, um sie an das vordere Zahnrad 328 zu übertragen.
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Insbesondere ist das vordere Zahnrad 328, wie in 13A und 13G gezeigt, umlaufend vorgespannt bezüglich des Zahnradmontageabschnitts 379, so dass die zweiten inneren Flächen 387b der Einschnitte 387 jeweils die zweiten Berührflächen 389b der Vorsprünge 389 umlaufend berühren, während die Kurbelwelle 314 stationär ist. Obendrein sind bei stationärer Kurbelwelle 314 die Berührfläche 360b eines jeden der Eingreifzähne 360a des vorderen Zahnrades 328 in der Vorwärtsdrehrichtung der Kurbelwelle 314 bezüglich der schrägen Fläche 391 a des entsprechenden der Buckel 391 des Zahnradmontageabschnitts 379 angeordnet.
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Wie in 13B bis 13E und 13H bis 13K gezeigt, dreht das zweite Getriebeglied in der Uhrzeigersinnrichtung bezüglich des vorderen Zahnrades 328, bis die ersten inneren Flächen 387a der Einschnitte 387 jeweils die ersten Berührflächen 389a der Vorsprünge 389 umlaufend berühren, wenn die Kurbelwelle 314 in der Vorwärtsdrehrichtung gedreht ist/wird. Wenn die ersten inneren Flächen 387a der Einschnitte 387 jeweils die ersten Berührflächen 389a der Vorsprünge 389 umlaufend berühren, wird die Drehung des zweiten Getriebegliedes 378 an das vordere Zahnrad 328 übertragen, wodurch das zweite Getriebeglied 378 und das vordere Zahnrad 328 gemeinsam in der Vorwärtsdrehrichtung drehen. Die Buckel 391 des Steuerparts 386 und die Eingreifzähne 360a des gezahnten Parts 360 sind bezüglich einander derart angeordnet, dass die Buckel 391 des Steuerparts 368 achsial mit den Eingreifzähnen 360a des gezahnten Parts 360 ausgerichtet sind, während die ersten inneren Flächen 387a der Einschnitte 387 jeweils die ersten Berührflächen 389a der Vorsprünge 389 umlaufend berühren. Wie in 13H bis 13K gezeigt, gleiten also die Eingreifklauen 364 über die Buckel 391 des Steuerparts 368, während sie zwischen der Eingreifposition und der Freigabeposition schwenken, wenn die Kurbelwelle 314 in der Vorwärtsrichtung dreht, wodurch die Eingreifklauen 364 am Eingreifen mit den Eingreifzähnen 360a des gezahnten Parts 360 gehindert werden. Insbesondere ist die Vorwärtsdrehrichtung des zweiten Getriebegliedes 378 schneller als die Vorwärtsdrehrichtung der Kurbelwelle 314, während das Drehzahlverhältnis bzw. Geschwindigkeitsverhältnis des zweiten Getriebegliedes 378 bezüglich der Kurbelwelle 314 größer als eins ist aufgrund einer Wahl der Gangverhältnisse des Gangschaltmechanismus 332. In diesem Fall gleiten die Eingreifklauen 364 über die Buckel 391 des Steuerparts 386 in der Rückwärtsrichtung in einer Abfolge, wie in den 13H, 131, und 13K dargestellt. Andererseits ist die Vorwärtsdrehrichtung des zweiten Getriebegliedes 378 langsamer als die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 314, während das Drehzahlverhältnis bzw. Geschwindigkeitsverhältnis des zweiten Getriebegliedes 378 bezüglich der Kurbelwelle 314 kleiner als eins ist aufgrund einer Wahl der Gangverhältnisse des Gangschaltmechanismus 332. In diesem Fall gleiten die Eingreifklauen 364 über die Buckel 391 des Steuerparts 368 in der Vorwärtsdrehrichtung in einer Abfolge, wie in 13K, 13J, 131 und 13H dargestellt. Der Kuppelmechanismus 338 ermöglicht daher eine Relativdrehung zwischen der Kurbelwelle 314 und dem vorderen Zahnrad 328 in der Vorwärtsdrehrichtung.
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Andererseits wird im Falle dieser Antriebseinheit 10 die Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 ebenfalls an das vordere Zahnrad 328 übertragen, um das vordere Zahnrad 328 in der Rückwärtsdrehrichtung zu drehen. Insbesondere wird das durch die Pedalkraft erzeugte Drehmoment in der Rückwärtsdrehrichtung auf dem folgenden Übertragungsweg übertragen: Die Kurbeln 101 --> die Kurbelwelle 314 --> der Kuppelmechanismus 338 --> das vordere Zahnrad 328. Die Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 wird nicht an das zweite Getriebeglied 378 mittels des Gangschaltmechanismus 332 durch eine Betätigung einer Einwegkupplung, angeordnet im Gangschaltmechanismus 332, übertragen.
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Wie in 13F, 13L und 13M gezeigt, wird das vordere Zahnrad 328 bezüglich des Zahnradmontageabschnitts 379 in der Uhrzeigersinnrichtung mittels der Vorspannkraft der Rückholfedern 393 gedreht, wenn die Kurbelwelle 314 gestoppt ist/wird. Mittels dieser Vorspannkraft wird das vordere Zahnrad 328 bezüglich des Zahnradmontageabschnitts 379 derart gedreht, dass die zweiten inneren Flächen 387b der Einschnitte 387 jeweils die zweiten Berührflächen 389b der Vorsprünge 389 umlaufend berühren. Wenn die zweiten inneren Flächen 387b der Einschnitte 387 jeweils die zweiten Berührflächen 389b der Vorsprünge 389 berühren, sind die Eingreifflächen 360b eines jeden der Eingreifzähne 360a des vorderen Zahnrades 328 in der Vorwärtsdrehrichtung der Kurbelwelle 314 bezüglich der schrägen Fläche 391a eines entsprechenden der Buckel 391 des Zahnradmontageabschnittes 379 angeordnet. Wenn also die Kurbelwelle 314 in der Rückwärtsdrehrichtung gedreht ist/wird, greifen die Eingreifenden 364a der Eingreifklauen 364 mit den Eingreifflächen 360b der Eingreifzähne 360a des vorderen Zahnrades 328 ein, wodurch das vordere Zahnrad 328 in der Rückwärtsrichtung gemeinsam mit dem Zahnradmontageabschnitt 379 dreht. Dementsprechend wird die Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 an das vordere Zahnrad 328 übertragen, um das vordere Zahnrad in der Rückwärtsdrehrichtung zu drehen, wodurch die Rücktrittbremse 104a der hinteren Nabe 104 betätigt wird.
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DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Bezugnehmend auf 14, wird nun eine Antriebseinheit 410 gemäß einer dritten Ausführungsform erläutert werden.
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In Anbetracht der Ähnlichkeit zwischen der ersten und der dritten Ausführungsform werden die Parts der dritten Ausführungsform, welche identisch sind mit den Parts der ersten Ausführungsform, mit denselben Bezugszeichen wie die Parts der ersten Ausführungsform versehen. In jedem Fall können die Beschreibungen der Parts der dritten Ausführungsform, welche identisch sind mit den Parts der ersten Ausführungsform um der Kürze willen weggelassen werden. Jedoch wird es den Fachleuten von dieser Offenbarung klar werden, dass die Beschreibungen und Veranschaulichungen der ersten Ausführungsform ebenfalls auf diese dritte Ausführungsform zutreffen, abgesehen von den Beschreibungen und Veranschaulichungen im Folgenden:
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Im Wesentlichen ist die Antriebseinheit 410 in einer Nähe der Kurbeln 101 angeordnet (siehe 1). In der dargestellten Ausführungsform weist die Antriebseinheit 410, wie in 14 gezeigt, ein Gehäuse 412, eine Kurbelwelle 414, ein erstes Drehüberträgerglied 416, eine Zwischenwelle 418, ein zweites Drehüberträgerglied 420, ein drittes Drehüberträgerglied 426 und ein vorderes Zahnrad 428 (z. B. ein Zahnrad) auf. Wie in 14 gezeigt, weist die Antriebseinheit 410 einen Motor 430, einen Drehmomentkombiniermechanismus 436 und einen Kuppelmechanismus 438 auf. Die Fahrradantriebseinheit 410 schließt also den Motor 430, die Kurbelwelle 414, den Drehmomentkombiniermechanismus 436 und den Kuppelmechanismus 438 ein.
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In der dargestellten Ausführungsform sind die Kurbelwelle 414 und das vordere Zahnrad 428 identisch mit der Kurbelwelle 314 und dem vorderen Zahnrad 328 gemäß der zweiten Ausführungsform. Detaillierte Ausgestaltungen werden daher um der Kürze Willen weggelassen. Obendrein ist der Kuppelmechanismus 438 identisch mit dem Kuppelmechanismus 338 gemäß der zweiten Ausführungsform, abgesehen davon, dass Parts des Kuppelmechanismus 438, welche Parts des Kuppelmechanismus 338 entsprechen und am Zahnradmontagabschnitt 379 angeordnet sind, am Zahnradmontageabschnitt 479 angeordnet sind, welcher fixiert gekoppelt mit einer achsial sich erstreckenden Manschette 444 des Drehmomentkombiniermechanismus 436 ist. Es wird den Fachleuten von dieser Offenbarung jedoch klar werden, wie der Kuppelmechanismus 338 gemäß der zweiten Ausführungsform im Falle der Antriebseinheit 410 gemäß der dritten Ausführungsform angewendet werden kann. Detaillierte Ausgestaltungen werden daher um der Kürze Willen weggelassen werden.
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Das Gehäuse 412 beherbergt hauptsächlich das erste Drehüberträgerglied 416, die Zwischenwelle 418, das zweite Drehüberträgerglied 420, das dritte Drehüberträgerglied 426, den Motor 430 und den Drehmomentkombiniermechanismus 436. Das Gehäuse 412 stützt auch drehbar die Kurbelwelle 414 mittels eines Paares von Lagern auf eine herkömmliche Weise. Die Kurbelwelle 414 erstreckt sich durch das Gehäuse 412.
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Die Kurbelwelle 414 ist drehbar um eine Drehachse X1 (z. B. eine erste Drehachse). Das erste Drehüberträgerglied 416 hat ein erstes Getrieberad 416a, welches fixiert gekoppelt an der Kurbelwelle 414 ist. Die Zwischenwelle 418 ist drehbar im Inneren des Gehäuses 412 mittels eines Paares von Lagern gestützt. Das zweite Drehüberträgerglied 420 hat ein großes Getrieberad 420a und ein kleines Getrieberad 420b. Das dritte Drehüberträgerglied 426 hat ein drittes Getrieberad 426a. Das vordere Zahnrad 428 (z. B. ein Zahnrad) ist identisch mit dem Zahnrad 328 gemäß der zweiten Ausführungsform. Das vordere Zahnrad 428 dreht um die Drehachse X1 der Kurbelwelle 414. Die Drehachse der Kurbelwelle 414 (z. B. eine erste Drehachse) und die Drehachse des vorderen Zahnrades 428 (z. B. eine zweite Drehachse) fallen daher miteinander zusammen.
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In der dargestellten Ausführungsform ist der Motor ein Motor eines Innenläufertyps. Der Motor 430 hat einen Rotor bzw. Läufer 430a und einen Stator 430b. Da der Motor 430 eine herkömmliche Ausgestaltung aufweist, wird eine detaillierte Beschreibung um der Kürze Willen weggelassen. Der Stator 430b ist fixiert gekoppelt an einer inneren Seite de Gehäuses 412. Der Rotor 430a ist fixiert gekoppelt an einer Antriebswelle 430c des Motors 430. Die Antriebswelle 430c ist drehbar bezüglich des Gehäuses mittels eines Paares von Lagern gestützt.
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Das dritte Getrieberad 426a des dritten Drehüberträgergliedes 426 ist fixiert gekoppelt an einem distalen Ende der Antriebswelle 430c des Motors 430. Das dritte Getrieberad 426a greift ebenfalls mit dem großen Getrieberad 420a des zweiten Drehüberträgergliedes 420 ein. Das große Getrieberad 420a ist drehbar mit der Zwischenwelle 418 mittels einer Einwegkupplung 440 gekoppelt. Die Einwegkupplung 440 überträgt ausschließlich eine Drehausgabe des Motors 430 für eine Vorwärtsdrehung des vorderen Zahnrades an die Zwischenwelle 418. Das kleine Getrieberad 420b ist fixiert gekoppelt an der Zwischenwelle 418.
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Der Drehmomentkombiniermechanismus 436 ist wirkend gekoppelt mit dem Motors 430 und der Kurbelwelle 414 zum Kombinieren von Drehausgaben des Motors 430 und der Kurbelwelle 414. Der Drehmomentkombiniermechanismus 436 hat einen Gehäuseabschnitt 442 und eine achsial sich erstreckende Manschette 444. Der Drehmomentkombiniermechanismus 436 ist drehbar an der Kurbelwelle 414 mittels eines Lagers gestützt. Der Gehäuseabschnitt 442 hat ein äußeres Getrieberad 446 an einer äußeren umlaufenden Fläche des Gehäuseabschnitts 442. Das äußere Getrieberad 446 greift mit dem kleinen Getrieberad 420b des zweiten Drehüberträgergliedes 420 ein. Der Gehäuseabschnitt 442 ist drehbar mit dem ersten Drehüberträgerglied 416 mittels einer Einwegkupplung 448 gekoppelt. Insbesondere ist die Einwegkupplung 448 zwischen einer inneren umlaufenden Fläche des Gehäuseabschnitts 442 und dem ersten Getrieberad 416a des ersten Drehüberträgergliedes 416 angeordnet. Die Einwegkupplung 448 überträgt ausschließlich die Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle 414 an den Gehäuseabschnitt 442 des Drehmomentkombiniermechanismus 436. Der Drehmomentkombiniermechanismus 436 kombiniert daher die Drehausgabe des Motors 430, welche an das äußere Getrieberad 446 des Gehäuseabschnitts 442 übertragen ist/wird, und die Drehausgabe der Kurbelwelle 414, welche vom ersten Getrieberad 416a mittels der Einwegkupplung 448 übertragen ist/wird. Die achsial sich erstreckende Manschette 444 weist einen Drehmomentsensor 450 mit einem Paar von magnetischen Ablenk- bzw. Auslenkelementen 450a und einem paar von Spulen 450b, welche jeweils radial einander gegenüberstehen bzw. zugewandt sind, auf. Das durch den Drehmomentsensor 450 erfasste Drehmoment wird verwendet zum Steuern der Drehausgabe des Motors 430. Natürlich wird des es den Fachleuten von dieser Offenbarung klar werden, dass der Drehmomentsensor 450 ein anderer Typ von Drehmomentsensor sein kann.
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Der Zahnradmontageabschnitt 479 ist ausgestaltet, um wirkbefestigt mit dem vorderen Zahnrad 428 (z. B. einem Zahnrad) zu werden, so dass das vordere Zahnrad 428 um die erste Drehachse X1 (z. B. eine zweite Drehachse eines Zahnrades) in der Vorwärtsdrehrichtung (z. B. einer ersten Richtung) dreht, wenn die Kurbelwelle 414 um die Drehachse X1 in der Vorwärtsdrehrichtung dreht. Der Zahnradmontageabschnitt 479 ist fixiert gekoppelt mit einem distalen Ende der achsial sich erstreckenden Manschette 444 derart, dass der Zahnradmontageabschnitt 479 gemeinsam mit dem Drehmomentkombiniermechanismus 436 dreht. Der Zahnradmontageabschnitt 479 ist identisch mit dem Zahnradmontageabschnitt 379 gemäß der zweiten Ausführungsform. Die detaillierte Ausgestaltung wird daher um der Kürze Willen weggelassen.
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Der Kuppelmechanismus 438 ist wirkend zwischen der Kurbelwelle 414 und dem vorderen Zahnrad 428 angeordnet. Der Kuppelmechanismus 438 ist ausgestaltet zum Drehen des vorderen Zahnrades 428 um die Drehachse X1 (z. B. ein zweite Drehachse) in der Rückwärtsdrehrichtung (z. B. einer zweiten Richtung), wenn die Kurbelwelle 414 um die Drehachse X1 in der Rückwärtsdrehrichtung dreht. Die Rückwärtsdrehrichtung ist der Vorwärtsdrehrichtung entgegengesetzt.
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Im Falle dieser Antriebseinheit 410 wir das durch die Pedalkraft erzeugte Drehmoment in der Vorwärtsdrehrichtung auf dem Folgenden Übertragungsweg übertragen: Die Kurbeln 101 → die Kurbelwelle 414 → das erste Drehüberträgerglied 416 → die Einwegkupplung 448 → der Drehmomentkombiniermechanismus 436. Andererseits wird das Ausgabedrehmoment des Motors 430 auf dem folgenden Weg übertragen: das dritte Drehüberträgerglied 426 → das zweite Drehüberträgerglied 420 → der Drehmomentkombiniermechanismus 436. Der Drehmomentkombiniermechanismus 436 kombiniert diese beiden Drehmomente, um sie an das vordere Zahnrad 428 mittels des Zahnradmontageabschnitts 479 zu übertragen. Die Vorwärtsdrehung der Kurbeln 101 ist/wird daher an das vordere Zahnrad 428 übertragen nach einer Unterstützung durch den Motor 430. Die Drehmomentübertragung vom Zahnradmontageabschnitt 479 an das vordere Zahnrad 428 ist identisch mit der Drehmomentübertragung vom Zahnradmontageabschnitt 379 an das vordere Zahnrad 328 gemäß der zweiten Ausführungsform. Die detaillierte Beschreibung wird daher um der Kürze Willen weggelassen.
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Andererseits wird im Falle dieser Antriebseinheit 410 die Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 ebenfalls an das vordere Zahnrad 428 übertragen, um das vordere Zahnrad 428 in der Rückwärtsdrehrichtung zu drehen. Insbesondere wird das durch die Pedalkraft erzeugte Drehmoment in der Rückwärtsdrehrichtung auf dem folgenden Übertragungsweg übertragen: Die Kurbeln 101 → die Kurbelwelle 414 → der Kuppelmechanismus 438 → das vordere Zahnrad 428. Die Rückwärtsdrehung der Kurbeln 101 wird nicht an den Gehäuseabschnitt 442 des Drehmomentkombiniermechanismus 436 mittels des ersten Drehüberträgergliedes 416 durch eine Betätigung der Einwegkupplung 448 übertragen. Die Drehmomentübertragung vom Kuppelmechanismus 438 an das vordere Zahnrad 428 ist identisch mit der Drehmomentübertragung vom Kuppelmechanismus 338 an das vordere Zahnrad 328 gemäß der zweiten Ausführungsform. Die detaillierte Beschreibung wird daher um der Kürze Willen weggelassen.
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VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Bezugnehmend auf 15 wird nun eine Antriebseinheit 510 gemäß einer vierten Ausführungsform erläutert werden.
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In Anbetracht der Ähnlichkeit zwischen der ersten und der vierten Ausführungsform werden die Parts der vierten Ausführungsform, welche identisch sind mit den Parts der ersten Ausführungsform, mit denselben Bezugszeichen wie die Parts der ersten Ausführungsform versehen. In jedem Fall können die Beschreibungen der Parts der vierten Ausführungsform, welche identisch sind mit den Parts der ersten Ausführungsform um der Kürze willen weggelassen werden. Jedoch wird es den Fachleuten von dieser Offenbarung klar werden, dass die Beschreibungen und Veranschaulichungen der ersten Ausführungsform ebenfalls auf diese vierte Ausführungsform zutreffen, abgesehen von den Beschreibungen und Veranschaulichungen im Folgenden:
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Wie in
2 gezeigt, schließt die Antriebseinheit 10 gemäß der ersten Ausführungsform den Gangschaltmechanismus 32 und den Kuppelmechanismus 38 ein, welche die Drehung des Eingabeparts 64, hervorgerufen durch die Vorwärtsdrehung der Kurbelwelle 14, an den Ausgabepart 68 derart überträgt, dass das vordere Zahnrad 28 in der Vorwärtsdrehrichtung dreht. Der Gangschaltmechanismus 32 und der Kuppelmechanismus 38 übertragen ebenfalls die Drehung des Eingabeparts 64, hervorgerufen durch die Rückwärtsdrehung der Kurbel 14, an den Ausgabepart 68, sodass das vordere Zahnrad in der Rückwärtsdrehrichtung dreht. Die Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Anwendung kann jedwede Typen von Gangschaltmechanismen und Kuppelmechanismen mit den oben erwähnten Merkmalen einschließen. Beispielsweise weist die Antriebseinheit 510 gemäß der vierten Ausführungsform, wie in
15 gezeigt, einen Gangschaltmechanismus 532 und den Kuppelmechanismus 538 auf. Dieser Gangschaltmechanismus 532 und der Kuppelmechanismus 538 sind im Wesentlichen identisch mit der intern montierten Nabenübertragung, wie im europäischen Patent mit der Nummer
EP 1700780B1 offenbart, außer dass der Gangschaltmechanismus 532 und der Kuppelmechanismus 538 in der Antriebseinheit 510 eingebaut sind. Die Antriebseinheit 510 ist ebenfalls identisch mit der Antriebseinheit 10, wie in
2 gezeigt, abgesehen davon, dass die Antriebseinheit 510 den Gangschaltmechanismus 532 und den Kuppelmechanismus 538 an Stelle des Gangschaltmechanismus 32 und des Kuppelmechanismus 38 aufweist. Eine detaillierte Beschreibung des Gangschaltmechanismus 532, des Kuppelmechanismus 538 und der Antriebseinheit 510 wird daher um der Kürze Willen weggelassen. Dieser Gangschaltmechanismus 532 und der Kuppelmechanismus 538 stellen selektiv drei Gangverhältnisse für die Vorwärtsdrehung des vorderen Zahnrades 28 und ein Gangverhältnis für die Rückwärtsdrehung des vorderen Zahnrades 28 ein bzw. bereit.
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Der Gangschaltmechanismus 532 schließt hauptsächlich eine Stützwelle 522, einen Eingabepart 564, eine Planetengetriebeeinheit 566 und einen Ausgabepart 568 ein. Die Drehung des dritten Drehüberträgergliedes 26 (siehe 2) ist/wird an den Eingabepart 564, die Planetengetriebeeinheit 566 und den Ausgabepart 568 übertragen Der Eingabepart 564, die Planetengetriebeeinheit 566 und der Ausgabepart 568 sind jeweils drehbar an der Stützwelle 522 gestützt.
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Insbesondere ist der Eingabepart 564 drehbar an der Stützwelle 522 gestützt und wirkgekoppelt mit der Kurbelwelle 14 (siehe 2). Das zweite Zahnrad 26a des dritten Drehüberträgergliedes 26 (siehe 2) ist fixiert gekoppelt mit dem Eingabepart 564, so dass Sie gemeinsam drehen können. Die Planetengetriebeeinheit 566 ist zwischen dem Eingabepart 564 und dem Ausgabepart 568 angeordnet. Die Planetengetriebeeinheit 566 stellt selektiv eine Vielzahl von (z. B. drei) Gangverhältnissen ein. Die Planetengetriebeeinheit 566 überträgt Leistung zwischen dem Eingabepart 564 und dem Ausgabepart 568. Der Ausgabepart 568 ist drehbar an der Stützwelle 522 gestützt und wirkgekoppelt mit dem Drehmomentkombiniermechanismus 36 (siehe 2). Der Ausgabepart 568 gibt die Drehung nach einem Wechseln der Drehgeschwindigkeit mittels der Planetengetriebeeinheit 566 an den Drehmomentkombiniermechanismus 36 aus (siehe 2). Das erste Getriebeglied 76 des Drehmomentkombiniermechanismus 36 (siehe 2) ist mit dem Ausgabepart 568 gekoppelt.
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Der Gangschaltmechanismus 532 weist weiter eine Walzen- bzw. Nadelbremse 577 auf, welche als eine Rücktrittbremseneinheit bekannt ist. Wenn die Kurbelwelle 14 in der Rückwärtsdrehrichtung gedreht wird, wird die Rückwärtsdrehleistung an die Planetengetriebeeinheit 566 übertragen und bewirkt, dass die Rücktrittbremse bzw. Walzenbremse 577 rückwärts dreht.
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Die Antriebseinheit 510 hat weiter einen Kuppelmechanismus 538, welcher wirkend zwischen der Kurbelwelle 14 und dem vorderen Zahnrad 28 angeordnet ist (siehe 2). Der Kuppelmechanismus 538 ist ausgestaltet, um das vordere Zahnrad 28 in der Rückwärtsdrehrichtung zu drehen, wenn die Kurbelwelle 14 in der Rückwärtsdrehrichtung dreht. Der Kuppelmechanismus 538 ist an der Stützwelle 522 des Gangschaltmechanismus 532 derart gestützt, dass der Kuppelmechanismus 538 wirkend zwischen einem Planetengetriebeträger 566a der Planetengetriebeeinheit 566 und dem Ausgabepart 568 des Gangschaltmechanismus 532 angeordnet ist. Insbesondere trägt eine Bremsschale 580, wie in 15 gezeigt, die Walzenbremse 577, ein inneres freies Getrieberad 582, ein äußeres freies Getrieberad 584 und eine Einwegkupplung 586 zwischen dem inneren und dem äußeren freien Getrieberad 582 und 584, welche den Kuppelmechanismus 538 ausbilden. Das äußere freie Getrieberad 584 ist fixiert gekoppelt mit dem Gehäuse 12 (siehe 2). Die Einwegkupplung 586 ist ausgestaltet, um eine Rückwärtsdrehkraft von der Bremsschale 580 an das äußer freie Getrieberad 584 zu übertragen. Im Ergebnis überträgt die Walzenbremse 577 die Rückwärtsdrehleistung des Ausgabeparts 568 derart, dass das vordere Zahnrad 28 in der Rückwärtsdrehrichtung dreht.
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In der dargestellten Ausführungsform haben der Gangschaltmechanismus 32 und 532 jeweils acht und drei Geschwindigkeitsübertragungseinheiten. Jedoch können Sie ersetzt werden durch 2, 5, 7, 9 oder 11 Geschwindigkeitsübertragungseinheiten.
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Im Verständnis des Umfangs der vorliegenden Erfindung schließt der Begriff „gekoppelt" oder „koppeln“, wie hier verwendet, Ausgestaltungen ein, in welchen ein Element direkt an einem anderen Element mittels direkten Befestigens am anderen Element gesichert ist; Ausgestaltungen in welchen das Element indirekt gesichert ist am anderen Element mittels Befestigen des Elements am Zwischenglied oder Zwischengliedern, welche wiederum fixiert sind am anderen Element; und Ausgestaltungen, in welchen ein Element einstückig mit einem anderen Element (d.h. ein Element ist im Wesentlichen ein Teil des anderen Elements. Diese Definition ist ebenfalls auf Worte von ähnlicher Bedeutung anzuwenden, wie Beispielsweise „verbunden“, „befestigt“, „montiert“, „fixiert“ und ihre Ableitungen.
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In Verständnis des Umfangs der vorliegenden Erfindung sollen der Begriff „umfassen“ und seine Abkömmlinge, wie hier verwendet, als offene Begriffe Verstanden werden, welche das Vorlegen der genannten Merkmale, Elemente, Komponenten, Gruppen, ganzen Zahlen und/oder Schritten spezifizieren, aber nicht das Vorliegen von anderen nicht genannten Merkmalen, Elementen, Gruppen, ganzen Zahlen und/oder Schritten ausschließen. Das vorangegangene betrifft ebenfalls Worte mit ähnlichen Bedeutungen wie beispielsweise die Begriffe „einschließen“, „aufweisen“ und ihre Abkömmlinge.
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Es wird auch deutlich werden, dass die Begriffe nicht beschränkt werden sollen durch die Verwendung von Begriffen „erster“ und „zweiter“, welche hier verwendet werden können, zum Beschreiben verschiedener Komponenten. Diese Begriffe werden hier ausschließlich verwendet um eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden. Beispielsweise könnte eine erste Komponente wie oben beschrieben, ebenfalls eine zweite Komponenten genannt werden und umgekehrt, ohne von der Lehre der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Auch können die Begriffe „Part“, „Abschnitt“, „Glied“ oder „Element“, wenn sie im Singular verwendet werden, die doppelte Bedeutung eines Einzelnen Parts oder einer Vielzahl von Parts haben. Schließlich bedeuten Begriffe eines Ausmaßes wie „Im Wesentlichen“, „ungefähr“ und „näherungsweise“, wie hier verwendet, ein verhältnismäßiges Ausmaß von Abweichung vom modifizierten Begriff, sodass das Endergebnis nicht signifikant verändert wird.
