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Die Erfindung betrifft einen Radnabenmotor für ein Fahrrad, mit einem Statorabschnitt, wobei der Statorabschnitt eine Achseinrichtung zur Anbindung an das Fahrrad, eine Stützkonstruktion und einen Stator aufweist, wobei der Stator in der Stützkonstruktion angeordnet ist, wobei die Achseinrichtung drehfest mit der Stützkonstruktion verbunden ist, mit einem Rotorabschnitt, wobei der Rotorabschnitt einen Rotor aufweist, und wobei der Rotor und der Stator gemeinsam einen Elektromotor bilden, mit einem Nabengehäuse, wobei das Nabengehäuse durch den Elektromotor angetrieben und über eine erste und eine zweite Lagereinrichtung relativ zu dem Statorabschnitt drehbar gelagert ist, wobei die erste Lagereinrichtung an einer ersten Lagerstelle an dem Statorabschnitt auf einer ersten axialen Seite des Elektromotors und/oder des Nabengehäuses und die zweite Lagereinrichtung an einer zweiten Lagerstelle an dem Statorabschnitt auf einer zweiten axialen Seite des Elektromotors und/oder des Nabengehäuses angeordnet ist, und wobei sich die erste und die zweite Lagerstelle über die Stützkonstruktion gegeneinander abstützen. Die Erfindung trifft zudem ein Fahrrad mit diesem Radnabenmotor.
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Zum Antrieb von Fahrrädern werden im Rahmen der Ausbildung als Elektrofahrrad, Pedelec oder auch ”Fahrrad mit Hilfsmotor” Radnabenmotoren eingesetzt. Derartige Radnabenmotoren werden als Ersatz für Radnaben bei einem Vorderrad oder einem Hinterrad eingesetzt und weisen einen Motor auf, welcher das entsprechende Rad antreibt. Derartige Radnabenmotoren weisen oftmals eine Achse zur Befestigung an dem Fahrrad, insbesondere an einer Gabel des Fahrrads, sowie ein sich relativ zu der Achse rotierendes Gehäuse auf, welches drehfest mit der Felge des Rads verbunden ist.
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Ein derartiger Radantrieb ist beispielsweise in der Druckschrift
WO 2010/091 524 A1 offenbart, die wohl den nächstkommenden Stand der Technik betrifft. Dieser Radantrieb weist eine Radachse auf, welche sich durch den Radantrieb durchgängig erstreckt und welche mindestens an einem stirnseitigen Ende einen zentralen Hohlbereich aufweist, in welchem ein Spannelement einsetzbar ist. Über das Spannelement kann der Radantrieb an einer Achshalterung festgelegt werden. Die Radachse ist als ein in axialer Richtung durchgängiger, starrer Körper ausgebildet. Auf der Radachse ist ein Nabengehäuse aufgesetzt, in dem ein Elektromotor angeordnet ist. Das Nabengehäuse wird durch den Elektromotor relativ zu der Radachse gedreht. Insbesondere verbindet die Radachse die Auflagepunkte der Achshalterung in axialer Richtung steif miteinander.
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Weiter offenbaren die Druckschiften
EP 2 423 094 A2 oder
DE 699 10 000 T2 Radnabenmotoren mit geteilten Achsen für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere für Fahrräder.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Radnabenmotor vorzuschlagen, welcher belastungsgerecht ausgebildet ist. Diese Aufgabe wird durch einen Radnabenmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrrad mit diesem Radnabenmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist damit ein Radnabenmotor, welcher für ein Fahrrad geeignet und/oder ausgebildet ist. Das Fahrrad weist vorzugsweise ein Vorderrad und ein Hinterrad sowie eine Pedaleinrichtung für einen pedalierenden Antrieb des Fahrrads auf. Insbesondere ist das Fahrrad als ein Pedelec, Elektrofahrrad und/oder Fahrrad mit Hilfsmotor ausgebildet. Der Radnabenmotor kann einen Hauptantrieb oder einen Hilfsantrieb für das Fahrrad bilden. Der Radnabenmotor ist insbesondere zur Befestigung an einer Achshalterung des Fahrrads ausgebildet, wobei der Radnabenmotor wahlweise an einem Vorderrad oder an einem Hinterrad des Fahrrads integriert werden kann. Die Achshalterung ist insbesondere als eine Achsgabel ausgebildet. Insbesondere definiert der Radnabenmotor mit seiner Rotation eine Achse als Hauptdrehachse.
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Der Radnabenmotor weist einen Statorabschnitt auf, wobei der Statorabschnitt stationär in dem Fahrrad, insbesondere in der Achshalterung angeordnet ist. Der Statorabschnitt weist eine Achseinrichtung zur Anbindung an das Fahrrad, insbesondere an die Achshalterung auf. Die Achseinrichtung erstreckt sich vorzugsweise in einer axialen Richtung zu dem Radnabenmotor, insbesondere zu dessen Hauptdrehachse. An den freien Enden der Achseinrichtung sind Schnittstellen zur Anbindung an die Achshalterung des Fahrrads vorgesehen. Beispielsweise können die Schnittstellen als seitlich herausragende, zylinderförmige Endabschnitte ausgebildet sein. Vorzugsweise sind die Endabschnitte nicht rotationssymmetrisch ausgebildet, sodass diese mit der Achshalterung eine Formschlussverbindung gegen ein Verdrehen der Endabschnitte relativ zu der Achshalterung eingehen können. Die Achseinrichtung ist in dem Fahrrad stationär angeordnet.
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Ferner weist der Statorabschnitt eine Stützkonstruktion sowie einen Stator auf, wobei der Stator in der Stützkonstruktion angeordnet ist und/oder von dieser getragen wird. Die Achseinrichtung ist drehfest mit der Stützkonstruktion verbunden. Die Stützkonstruktion ist in der allgemeinsten Ausprägung ein konstruktiver Aufbau, der zumindest eine Aufnahme für den Stator bildet.
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Der Radnabenmotor weist ferner einen Rotorabschnitt auf, wobei der Rotorabschnitt einen Rotor umfasst. Der Rotor und der Stator bilden gemeinsam einen Elektromotor. Prinzipiell kann der Elektromotor als ein Innenläufer oder als ein Scheibenläufer ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist der Rotor jedoch als ein Außenläufer ausgebildet und/oder ist radial außerhalb zu dem Stator angeordnet. Durch die Ausbildung des Rotors und damit des Elektromotors als Außenläufer können trotz eines kleinen Bauraums besonders hohe Drehmomente erzeugt werden. Gerade bei bauraumkritischen Anwendungen, wie dem Radnabenmotor, ist diese Bauweise besonders vorteilhaft.
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Der Radnabenmotor weist ein Nabengehäuse auf, wobei das Nabengehäuse durch den Elektromotor angetrieben ist und über eine erste und eine zweite Lagereinrichtung relativ zu dem Statorabschnitt drehbar gelagert ist. Insbesondere bildet das Nabengehäuse den Abtrieb des Radnabenmotors. Das Nabengehäuse wird durch das Antriebsdrehmoment des Elektromotors, welches optional umgesetzt, insbesondere übersetzt oder untersetzt, ist, angetrieben. Das Nabengehäuse stützt sich über die erste und die zweite Lagereinrichtung an dem Statorabschnitt ab. Dabei kann vorgesehen sein, dass sich das Nabengehäuse an der Achseinrichtung und/oder an der Stützkonstruktion über die Lagereinrichtungen abstützt. Besonders bevorzugt ist mindestens eine der Lagereinrichtungen, vorzugsweise beide Lagereinrichtungen, als Wälzlagereinrichtung ausgebildet. Insbesondere sind die erste und die zweite Lagereinrichtung koaxial zu der Achseinrichtung und/oder zu der Hauptdrehachse des Radnabenmotors angeordnet.
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Die erste Lagereinrichtung ist an einer ersten Lagerstelle an dem Statorabschnitt angeordnet, insbesondere fixiert. Die zweite Lagereinrichtung ist an einer zweiten Lagerstelle an dem Statorabschnitt angeordnet, insbesondere fixiert. Die Lagereinrichtungen sind klammerartig um den Elektromotor und/oder um das Nabengehäuse entlang der axialen Erstreckung des Statorabschnitts verteilt. Insbesondere sind die Lagereinrichtungen beidseitig zu dem Elektromotor und/oder zu beziehungsweise an dem Nabengehäuse angeordnet.
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Die erste und die zweite Lagerstelle stützen sich über die Stützkonstruktion gegeneinander ab. Insbesondere ist der Statorabschnitt so ausgebildet, dass ein Druckpfad zur Übertragung einer Druckspannung oder Druckkraft zwischen der ersten und der zweiten Lagerstelle und zwar über die Stützkonstruktion verläuft. Im Speziellen verläuft dieser Druckpfad unter Auslassung von mindestens einem Teilabschnitt der Achseinrichtung zwischen der ersten und der zweiten Lagerstelle und/oder mindestens abschnittsweise parallel und/oder unabhängig zu der Achseinrichtung. Insbesondere liegt der Druckpfad auch vor, wenn die Achseinrichtung gedanklich unterbrochen ist.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Achseinrichtung einen ersten Achsabschnitt und einen zweiten Achsabschnitt sowie eine Zugspannungseinrichtung zur Einstellung eines axialen Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Achsabschnitt aufweist. Somit kann über die Zugspannungseinrichtung der Achsabstand zwischen dem ersten und dem zweiten Achsabschnitt geändert werden. Die Zugspannungsvorrichtung ist zwischen dem ersten und dem zweiten Achsabschnitt wirkend angeordnet. Betrachtet man die Achseinrichtung als eine kinematische Kette, so ist die Zugspannungseinrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Achsabschnitt in der kinematischen Kette seriell angeordnet. Insbesondere kann durch die Zugspannungseinrichtung der erste Achsabschnitt und der zweite Achsabschnitt in axialer Richtung zueinander hin gezogen werden. Durch ein Anziehen der Zugspannungseinrichtung kann eine Zugspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Achsabschnitt eingestellt werden.
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Es ist vorgesehen, dass sich der erste Achsabschnitt in axialer Richtung über die erste Lagerstelle und der zweite Achsabschnitt in axialer Richtung über die zweite Lagerstelle abstützt. Insbesondere umgreift die Achseinrichtung die beiden Lagerstellen klammerartig und drückt diese in axialer Richtung zusammen. Diese Druckkräfte werden über die Stützkonstruktion, welche druckkraftübertragend zwischen den zwei Lagerstellen angeordnet ist, abgeleitet.
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Alternativ oder ergänzend ist die Zugspannungseinrichtung so ausgebildet, dass diese eine über die Achseinrichtung geführte Zugvorspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Achsabschnitt und/oder zwischen der ersten und der zweiten Lagerstelle bereitstellt oder erzeugt. Die Zugvorspannung kann insbesondere durch eine Reduzierung des axialen Abstands der zwei Achsabschnitte, im Speziellen durch ein Zusammenschrauben der zwei Achsabschnitte, erzeugt werden.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass bei einer radialen Belastung des Radnabenmotors, insbesondere des Radnabengehäuses übliche Achseinrichtungen aufgrund der Biegespannung durchgebogen werden. Dies führt dazu, dass Bereiche der Stützkonstruktion, welche auf der gleichen radialen Seite wie die eingeleitete radiale Belastung liegen, komprimiert werden und dagegen radiale Bereiche, welche auf der anderen radialen Seite liegen, auseinandergezogen werden. Durch das asymmetrische Verhalten können sich Komponenten des Radnabenmotors in nicht gewünschter Weise gegeneinander verschieben. Dieses Verschieben der Komponenten des Radnabenmotors führt zu einer dynamischen Belastung des Radnabenmotors. Anders ausgedrückt, wird der Radnabenmotor mit einer Radiallast belastet, so wird die Stützkonstruktion an der der Radiallast abgewandten Seite entlastet und an der der Radiallast zugewandten Seite höher belastet. Nachdem die Stützkonstruktion drehfest in dem Statorabschnitt angeordnet ist, handelt es sich hierbei um eine ständige, asymmetrische Lastverteilung.
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Durch die Zugspannungseinrichtung kann nun eine Vorspannung zwischen den zwei Achsabschnitten eingestellt werden, welche vorzugsweise gleich oder größer als die durch die Biegebelastung zu erwartende Zugspannung in der Achseinrichtung ausgebildet ist. Hierdurch kann eine Durchbiegung der Achseinrichtung verringert werden und folglich die Verschiebung der Komponenten der Stützkonstruktion verkleinert werden.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Zugspannungseinrichtung eine über die Achseinrichtung geführte Zugvorspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt und/oder zwischen der ersten und der zweiten Lagerstelle bereitstellt.
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Bei einer bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die Zugspannungseinrichtung als eine Schraubeinrichtung ausgebildet, wobei die Schraubeinrichtung den ersten und den zweiten Achsabschnitt miteinander verbindet. Durch ein Anziehen der Schraubeinrichtung kann somit zum einen der axiale Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Achsabschnitt verkleinert werden und zum zweiten die Zugvorspannung erzeugt werden. Bei einer möglichen konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist die Schraubverbindung als eine Zentralschraube ausgebildet, welche sich mit einem Ende an einem der Achsabschnitte abstützt. Beispielsweise stützt sich die Zentralschraube mit einem Schraubenkopf an dem Achsabschnitt ab. Mit dem anderen Ende ist die Zentralschraube in den anderen Achsabschnitt eingeschraubt. Optional kann vorgesehen sein, dass das andere Ende der Zentralschraube über eine Sicherungseinrichtung, wie zum Beispiel eine konternde Madenschraube, eine Klebesicherung etc., gegen ein Lösen gesichert ist.
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Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass zwischen der ersten und der zweiten Lagerstelle eine Zugspannung oder eine Zugkraft auf einem Zugpfad über die Achseinrichtung und zugleich und/oder zeitgleich eine Druckspannung oder eine Druckkraft über einen Druckpfad über die Stützkonstruktion übertragen wird.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Stützkonstruktion eine erste Flanscheinrichtung, welche sich außenseitig in axialer Richtung an der ersten Lagerstelle abstützt, und eine zweite Flanscheinrichtung auf, welche sich außenseitig in axialer Richtung an der zweiten Lagerstelle abstützt. Die Flanscheinrichtungen können zum Beispiel jeweils als Kreisplattenelemente ausgebildet sein, welche sich in einer Radialebene zu der Hauptdrehachse des Radnabenmotors erstrecken. Ferner umfasst die Stützkonstruktion eine Ringeinrichtung, wobei die Ringeinrichtung vorzugsweise konzentrisch und/oder koaxial zu der Hauptachse angeordnet ist. Die Ringeinrichtung ist insbesondere zwischen der ersten und der zweiten Flanscheinrichtung angeordnet. Die Flanscheinrichtungen stützen sich insbesondere innenseitig in axialer Richtung gegeneinander über die Ringeinrichtung ab. Insbesondere bildet die Ringeinrichtung einen Teilabschnitt des Druckpfads. Vorzugsweise bilden die Flanscheinrichtungen gemeinsam mit der Ringeinrichtung einen Motorraum aus, wobei der Stator und optional ergänzend der Rotor in dem Motorraum angeordnet sind. In einer sehr einfachen Ausgestaltung ist die Ringeinrichtung als ein hohlzylindrischer, gerader Ring ausgebildet.
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Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die erste und die zweite Flanscheinrichtung über die Ringeinrichtung zugkraftentkoppelt angeordnet sind. Somit können die Flanscheinrichtungen über die Ringeinrichtung zwar Druckkräfte oder Druckspannungen, im Speziellen zwischen den zwei Lagerstellen, übertragen, hinsichtlich der Übertragung von Zugkräften oder Zugspannungen sind die Flanscheinrichtungen über die Ringeinrichtung jedoch entkoppelt. Durch dieses Merkmal wird nochmal unterstrichen, dass die Zugkräfte und/oder Zugspannungen maßgeblich, insbesondere ausschließlich über die Achseinrichtung geleitet werden.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Flanscheinrichtung als ein Statorflansch ausgebildet. In dem Statorflansch ist der Stator angeordnet, zum Beispiel stoffschlüssig, formschlüssig oder kraftschlüssig befestigt.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist in dem Momentenpfad für das Antriebsdrehmoment zwischen dem Elektromotor und dem Nabengehäuse ein Getriebeabschnitt zur Übertragung und optional ergänzend zur Umsetzung, insbesondere Übersetzung oder Untersetzung, des Antriebsdrehmoments des Elektromotors an das Nabengehäuse angeordnet. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass die zweite Flanscheinrichtung als ein Getriebeflansch ausgebildet ist. Insbesondere bildet die zweite Flanscheinrichtung einen Träger für den Getriebeabschnitt.
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Bei einer besonders bevorzugten Realisierung der Erfindung ist der Getriebeabschnitt als ein Planetengetriebeabschnitt ausgebildet, wobei der Planetengetriebeabschnitt ein Sonnenrad, erste Planetenräder, einen Planetenträger sowie ein Hohlrad aufweist. Das Sonnenrad ist drehfest mit dem Rotor verbunden. Die zweite Flanscheinrichtung, insbesondere der Getriebeflansch, ist als der Planetenträger ausgebildet, wobei die ersten Planetenräder drehbar auf der zweiten Flanscheinrichtung angeordnet sind. Das Hohlrad ist in dem Momentenpfad zwischen den ersten Planetenrädern und dem Nabengehäuse angeordnet.
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Bei einer ersten möglichen Realisierung ist das Hohlrad stationär in dem Nabengehäuse angeordnet und wird durch die Planetenräder angetrieben.
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Bei einer anderen Realisierung weist der Planetengetriebeabschnitt einen Satz mit weiteren Planetenrädern auf, welche jeweils koaxial und drehfest mit den ersten Planetenrädern verbunden sind. Insbesondere bilden jeweils ein erstes Planetenrad und ein weiteres Planetenrad ein Doppelrad. Vorzugsweise haben die weiteren Planetenräder einen kleineren Teilkreisdurchmesser als die ersten Planetenräder. Es ist möglich, dass die weiteren Planetenräder mit dem Hohlrad kämmen.
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Bei weiteren Realisierungen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Hohlrad mit dem Nabengehäuse über eine Freilaufeinrichtung gekoppelt ist, welche als eine Überholfreilaufeinrichtung ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung kann das Hohlrad in Abhängigkeit der Realisierung mit den ersten Planetenrädern oder mit den weiteren Planetenrädern kämmen.
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In einer besonders bevorzugten Realisierung der Erfindung ist die erste Lagerstelle als ein erster Lagerring der ersten Lagereinrichtung und die zweite Lagerstelle als ein zweiter Lagerring der zweiten Lagereinrichtung ausgebildet, wobei die Lagerringe in axialer Richtung verschiebefest auf der Achseinrichtung angeordnet sind.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bildet das Fahrrad, insbesondere ausgebildet als ein Pedelec, ein Elektrofahrrad oder als ein Fahrrad mit Hilfsmotor, welches mindestens einen Radnabenmotor aufweist, wie dieser zuvor beschrieben wurde beziehungsweise nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 einen Radnabenmotor in einer schematischen Längsschnittdarstellung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 den Radnabenmotor in der 1 in einer Explosionsdarstellung;
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3 den Radnabenmotor gemäß den 1 und 2;
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4a, b den Radnabenmotor in der 1 bei unterschiedlichen Belastungszuständen.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Längsschnittdarstellung einen Radnabenmotor 1 als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Radnabenmotor 1 kann an einer Achshalterung 2, zum Beispiel an einer Achsgabel, eines Fahrrads 3 befestigt werden. Der Radnabenmotor 1 bildet eine Radnabe für ein Rad 4, insbesondere ein Hinterrad oder Vorderrad des Fahrrads 3, wobei das Rad 4 zum Abrollen einen Reifen 5 aufweist. Es ist die Funktion des Radnabenmotors 1, das Rad 4 um eine Hauptdrehachse H des Radnabenmotors 1 zu drehen, um auf diese Weise das Fahrrad 3 anzutreiben.
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Die 2 zeigt den Radnabenmotor 1 in einer Explosionsdarstellung, wobei sich die nachfolgende Beschreibung sowohl auf die 1 als auch auf die 2 bezieht, da bei der Einzelbetrachtung beziehungsweise bei der gemeinsamen Betrachtung die Funktionsweise des Radnabenmotors 1 am deutlichsten darstellbar ist.
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Der Radnabenmotor 1 weist einen Statorabschnitt 6 auf, wobei der Statorabschnitt 6 stationär in dem Fahrrad 3, insbesondere in der Achshalterung 2, aufgenommen ist. Insbesondere ist der Statorabschnitt 6 drehfest in der Achshalterung 2 angeordnet.
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Der Statorabschnitt 6 weist eine Achseinrichtung 7 auf, welche sich koaxial zu der Hauptdrehachse H erstreckt. Axial außenseitig bildet die Achseinrichtung 7 mechanische Schnittstellen 8 zur Anbindung an die Achshalterung 2 aus.
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Die Achseinrichtung 7 weist einen ersten Achsabschnitt 9 und einen zweiten Achsabschnitt 10 auf, welche in axialer Richtung beabstandet zueinander angeordnet sind. Der erste Achsabschnitt 9 und der zweite Achsabschnitt 10 sind jeweils als Stiftabschnitte realisiert. Der erste Achsabschnitt 9 weist einen axial verlaufenden Hohlraum 11 auf, in dem ein Kabel 12 zur Spannungsversorgung des Radnabenmotors 1 durchgeführt ist. Das Kabel 12 tritt durch eine axiale Endöffnung des ersten Achsabschnitts 9 ein und durch eine radial ausgerichtete Ausgangsöffnung des ersten Achsabschnitts 9 in dem Radnabenmotor 1 aus.
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Der zweite Achsabschnitt 10 weist eine Durchgangsöffnung 13 auf, in die eine Zentralschraube 14 eingeführt ist. Die Zentralschraube 14 weist einen Schraubenkopf 15 auf, welcher sich an dem zweiten Achsabschnitt 10 abstützt. Das freie Ende der Zentralschraube 14 ist mit einem Gewinde 16 versehen und ist in den ersten Achsabschnitt 9 eingeschraubt. Durch ein Anziehen der Zentralschraube 14 können somit der erste Achsabschnitt 9 und der zweite Achsabschnitt 10 zueinander gezogen werden. Insbesondere kann ein axialer Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Achsabschnitt 9, 10 durch die Zentralschraube 14 geändert, insbesondere verkleinert werden. Wie später noch erläutert wird, bildet die Zentralschraube 14 eine Zugspannungseinrichtung 17, da durch ein Anziehen der Zentralschraube 14 eine Zugvorspannung zwischen dem ersten und dem zweiten Achsabschnitt 9, 10 bereitgestellt werden kann. In einer Verlängerung der Zentralschraube 14 ist in dem ersten Achsabschnitt 9 eine Madenschraube 18 eingeschraubt, die die Zentralschraube 14 in dem ersten Achsabschnitt 9 kontert. Statt der Madenschraube 18 kann auch eine Klebesicherung verwendet werden.
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Auf dem ersten Achsabschnitt 9 ist eine erste Flanscheinrichtung 20, ausgebildet als ein Statorflansch 21, angeordnet. In dem Statorflansch 21 ist ein Stator 22 angeordnet. Der Stator 22 ist koaxial und/oder konzentrisch zu der Hauptdrehachse H angeordnet.
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Auf dem zweiten Achsabschnitt 10 ist eine zweite Flanscheinrichtung 23 angeordnet, welche als ein Getriebeflansch 24 ausgebildet ist. Der Getriebeflansch 24 ist zweiteilig ausgebildet. Die erste Flanscheinrichtung 20 ist mit dem ersten Achsabschnitt 9 fest verbunden, die zweite Flanscheinrichtung 23 ist mit dem zweiten Achsabschnitt 10 fest verbunden. Zwischen der ersten Flanscheinrichtung 20 und der zweiten Flanscheinrichtung 23 ist eine Ringeinrichtung 25 angeordnet, welche sich mit dem einen axialen Ende an der ersten Flanscheinrichtung 20 und mit dem anderen freien Ende an der zweiten Flanscheinrichtung 23 abstützt. Die Ringeinrichtung 25 ist als ein gerader, hohlzylinderförmiger Ring ausgebildet. Die erste Flanscheinrichtung 20, die zweite Flanscheinrichtung 23 und die Ringeinrichtung 25 bilden gemeinsam eine Stützkonstruktion 26, wobei die Stützkonstruktion 26 drehfest mit der Achseinrichtung 7 verbunden ist.
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Der Radnabenmotor 1 weist einen Rotorabschnitt 30 mit einem Rotor 31 auf, wobei der Rotor 31 in Bezug auf den Stator 22 als ein Außenläufer ausgebildet ist, also in Bezug auf die Hauptdrehachse H koaxial, konzentrisch und radial außenseitig zu dem Stator 22 angeordnet ist. Der Rotorabschnitt 30 ist gegenüber der Achseinrichtung 7 über ein Rotorlager 32, ausgebildet als ein Kugellager, in diesem Beispiel gegenüber dem ersten Achsabschnitt 9 drehbar gelagert.
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Der Radnabenmotor 1 weist ein Nabengehäuse 40 auf, wobei das Nabengehäuse 40 einen Abtrieb des Radnabenmotors 1 bildet und durch einen Elektromotor 33, der durch den Stator 22 und den Rotor 31 gebildet ist, angetrieben wird.
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Das Nabengehäuse 40 weist einen Nabentopf 41 und einen Nabendeckel 42 auf, welche miteinander über mehrere Schrauben 43 verbunden sind. An dem Nabengehäuse 40 ist zudem eine Bremsscheibe 44 drehfest über weitere Schrauben 45 befestigt.
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Das Nabengehäuse 40 ist gegenüber dem Statorabschnitt 6 und in diesem Beispiel gegenüber der Achseinrichtung 7 über eine erste Lagereinrichtung 50 und eine zweite Lagereinrichtung 51 gelagert. Die erste und die zweite Lagereinrichtung 50, 51 sind jeweils als Kugellager, insbesondere als Rillenkugellager, ausgebildet. Die Lagereinrichtungen 50, 51 weisen jeweils einen Innenring 52, 53 sowie einen Außenring 54, 55 auf, zwischen denen Kugeln 56, 57 als Wälzkörper angeordnet sind. Die Innenringe 52, 53 sind auf dem ersten und dem zweiten Achsabschnitt 9, 10 angeordnet und bilden eine erste Lagerstelle 58 und eine zweite Lagerstelle 59. Die erste und die zweite Lagerstelle 58, 59 sind axial außenseitig oder randseitig zu dem Nabengehäuse 40 beziehungsweise zu dem Elektromotor 33 angeordnet. Über die erste und die zweite Lagereinrichtung 50, 51 werden Radialbelastungen des Rads 4 in die Achseinrichtung 7 ausgeleitet.
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Betrachtet man den Antriebsmomentenfluss von dem Elektromotor 33 zu dem Nabengehäuse 40, so ist zwischen dem Rotorabschnitt 30 und dem Nabengehäuse 40 ein Getriebeabschnitt 70 angeordnet, welcher das Antriebsdrehmoment untersetzt.
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Der Getriebeabschnitt 70 weist ein Sonnenrad 71 auf, welches drehfest mit dem Rotorabschnitt 30 verbunden ist. Ferner weist der Getriebeabschnitt 70 drei erste Planetenräder 72 auf, welche mit ihren Drehachsen in einem Teilkreis um die Hauptdrehachse H verteilt angeordnet sind. Die ersten Planetenräder 72 sind auf der zweiten Flanscheinrichtung 23 beziehungsweise dem Getriebeflansch 24 angeordnet, welcher einen Planetenträger 73 für die ersten Planetenräder 72 bildet. Die ersten Planetenräder 72 kämmen mit dem Sonnenrad 71. Die ersten Planetenräder 72 sind mit weiteren Planetenrädern 74 verbunden, sodass sich jeweils Doppelplanetenräder 75 ergeben. Die weiteren Planetenräder 74 haben einen kleineren Durchmesser als die ersten Planetenräder 72, sodass sich durch die Doppelplanetenräder 75 eine weitere Untersetzung ergibt. Die weiteren Planetenräder 74 kämmen mit einem Hohlrad 76, welches konzentrisch und koaxial zu der Hauptdrehachse H angeordnet ist. Das Hohlrad 76 ist über eine Freilaufeinrichtung 77 mit dem Nabengehäuse 40 wirkverbunden. Die Freilaufeinrichtung 77 ist so ausgebildet, dass diese als eine Überholkupplung realisiert ist. Somit wird das Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor 33 über das Sonnenrad 71, die ersten Planetenräder 72, die weiteren Planetenräder 74 zu dem Hohlrad 76 und zu der Freilaufeinrichtung 77 geleitet und von dort an das Nabengehäuse 40 als Abtriebsmoment ausgegeben.
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Der erste Innenring 52 ist in axialer Richtung axial außenseitig durch eine erste Mutter 80 und axial innenseitig durch eine erste Schulter 81 des ersten Achsabschnitts 9 festgelegt. Der zweite Innenring 53 ist über eine zweite Mutter 82 und dann mittelbar über eine zweite Schulter 83 in dem zweiten Achsabschnitt 10 in axialer Richtung festgelegt.
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In der 3 ist der Radnabenmotor 1 nochmals ohne Bezugszeichen dargestellt, so dass keine Details verdeckt sind. In dem Radnabenmotor 1 sind ein Zugpfad Z zur Übertragung von Zugspannungen oder Zugkräften und ein Druckpfad D zur Übertragung von Druckspannungen oder Druckkräften zwischen der ersten Lagerstelle 58 und der zweiten Lagerstelle 59 dargestellt. Der Zugpfad Z läuft entlang der Achseinrichtung 7. Der Druckpfad läuft dagegen über die Stützkonstruktion 26. Durch die Zentralschraube 14, welche als eine Zugspannungseinrichtung 17 wirkt, kann eine Zugspannung entlang des Zugpfads Z zwischen den Lagerstellen 58 und 59 aufgebaut werden. Das Gegenlager zu der Zugspannung wird durch die Stützkonstruktion 26 gebildet, wobei der Druckpfad D über die Stützkonstruktion 26 geführt ist. Die Stützkonstruktion 26 ist als eine Zugkraftentkopplung ausgebildet, so dass nur Druckkräfte über den Druckpfad D übertragen werden können.
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Die 4a zeigt den Radnabenmotor 1 in einem unbelasteten Zustand, wobei dargestellt ist, dass zwischen den Achsabschnitten 9 und 10 eine Zugspannung durch die Zentralschraube 14 eingestellt ist. Dagegen ergeben sich Druckspannungen in der Stützkonstruktion 26 im Bereich der Ringeinrichtung 25.
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In der 4b ist der Radnabenmotor 1 bei einer radial wirkenden Radlast R dargestellt, wobei zu erkennen ist, dass sich die Zugspannung gegenüber der vorgespannten Zugspannung weiter vergrößert hat. Aufgrund der asymmetrischen Einleitung der Radlast R hat sich an der der Radlast R zugewandten Seite die Druckspannung weiter erhöht, in der der Radlast R abgewandten Seite hat sich jedoch die Druckspannung verringert. Aufgrund der Vorspannung durch die Zentralschraube 14 beziehungsweise Zugspannungseinrichtung 17 ist jedoch ausreichend Druckspannung verblieben, sodass ein Abheben oder ein Auseinandergehen der Flanscheinrichtungen 20, 23 zueinander vermieden wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Radnabenmotor
- 2
- Achshalterung
- 3
- Fahrrad
- 4
- Rad
- 5
- Reifen
- 6
- Statorabschnitt
- 7
- Achseinrichtung
- 8
- mechanische Schnittstellen
- 9
- erster Achsabschnitt
- 10
- zweiter Achsabschnitt
- 11
- Hohlraum
- 12
- Kabel
- 13
- Durchgangsöffnung
- 14
- Zentralschraube
- 15
- Schraubenkopf
- 16
- Gewinde
- 17
- Zugspannungseinrichtung
- 18
- Madenschraube
- 20
- erste Flanscheinrichtung
- 21
- Statorflansch
- 22
- Stator
- 23
- zweite Flanscheinrichtung
- 24
- Getriebeflansch
- 25
- Ringeinrichtung
- 26
- Stützkonstruktion
- 30
- Rotorabschnitt
- 31
- Rotor
- 32
- Rotorlager
- 33
- Elektromotor
- 40
- Nabengehäuse
- 41
- Nabentopf
- 42
- Nabendeckel
- 43
- Schrauben
- 44
- Bremsscheibe
- 45
- Schrauben
- 50
- erste Lagereinrichtung
- 51
- zweite Lagereinrichtung
- 52
- Innenring
- 53
- Innenring
- 54
- Außenring
- 55
- Außenring
- 56
- Kugel
- 57
- Kugel
- 58
- erste Lagerstelle
- 59
- zweite Lagerstelle
- 70
- Getriebeabschnitt
- 71
- Sonnenrad
- 72
- erste Planetenräder
- 73
- Planetenträger
- 74
- weitere Planetenräder
- 75
- Doppelplanetenräder
- 76
- Hohlrad
- 77
- Freilaufeinrichtung
- 80
- erste Mutter
- 81
- erste Schulter
- 82
- zweite Mutter
- 83
- zweite Schulter
- H
- Hauptdrehachse
- R
- Radlast
