DE102016225165A1

DE102016225165A1 - Getriebe für ein Fahrrad

Info

Publication number: DE102016225165A1
Application number: DE102016225165.1A
Authority: DE
Inventors: Uwe Griesmeier; Johannes Kaltenbach; Valerie Engel; Christof Remppis; Matthias NITSCH
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-06-21

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Fahrrad, mit einem Schaltgetriebe (1), das mit einer Tretlagerkurbelwelle (2) wirkverbindbar ist und eine Schaltgetriebeausgangswelle (3) aufweist, und einer elektrischen Maschine (5). Das Getriebe ist dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein dem Schaltgetriebe (1) triebtechnisch nachgeschaltetes Überlagerungsgetriebe (4) aufweist, wobei die elektrische Maschine (5) mit einem Element des Überlagerungsgetriebes (4) wirkverbunden oder wirkverbindbar ist und die Schaltgetriebeausgangswelle (3) mit einem anderen Element des Überlagerungsgetriebes (4) wirkverbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein Fahrrad, mit einem Schaltgetriebe, das mit einer Tretlagerkurbelwelle wirkverbindbar ist und eine Schaltgetriebeausgangswelle aufweist, und einer elektrischen Maschine.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Tretlager mit einem solchen Getriebe. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrrad mit dem Tretlager oder dem Getriebe.
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Fahrrädern bekannt, bei denen neben einem Schaltgetriebe ein Elektromotor zum Einsatz kommt. Dabei sind unterschiedlichste Anordnungen des Schaltgetriebes und des Elektromotors bekannt. So sind Ausführungen bekannt, bei denen der Elektromotor im Tretlager und das Schaltgetriebe am Hinterrad angeordnet ist. Darüber hinaus sind Ausführungen bekannt, bei denen der Elektromotor und das Schaltgetriebe im Tretlager angeordnet sind. In diesen Fällen ist bekannt, den Elektromotor dem Schaltgetriebe triebtechnisch vorzuschalten. Eine derartige Ausführung ist beispielsweise aus der WO 2015 024 701 A1 bekannt.
Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Getriebe besteht das Problem, dass das durch den Elektromotor eingeleitete Drehmoment den Bauteilen des Schaltgetriebes zugeführt wird. Dadurch erhöht sich der Verschleiß der Bauteile des Schaltgetriebes, was zu einem hohen Wartungsaufwand führt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Getriebe anzugeben, das keinen hohen Wartungsaufwand aufweist.
Die Aufgabe wird durch ein Getriebe der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Getriebe ein dem Schaltgetriebe triebtechnisch nachgeschaltetes Überlagerungsgetriebe aufweist, wobei die elektrische Maschine mit einem Element des Überlagerungsgetriebes wirkverbunden oder wirkverbindbar ist und die Schaltgetriebeausgangswelle mit einem anderen Element des Überlagerungsgetriebes wirkverbunden ist.
Das erfindungsgemäße Getriebe weist den Vorteil auf, dass durch die triebtechnische Nachschaltung der elektrischen Maschine keine Last auf die Bauteile des Schaltgetriebes wirkt. Insbesondere wird das durch die elektrische Maschine bereitgestellte Drehmoment in das Überlagerungsgetriebe eingeleitet, ohne dass dieses die Bauteile des Schaltgetriebes belastet. Infolge der reduzierten Belastung der Bauteile des Schaltgetriebes reduziert sich der Verschleiß der Bauteile, wodurch sich die Bauteillebensdauer erhöht. Dies führt zu einem reduzierten Wartungsaufwand des Getriebes.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Getriebes besteht darin, dass es einen hohen Wirkungsgrad aufweist und dass durch das Vorsehen des Schaltgetriebes keine offene, schmutzempfindliche Kettenschaltung mehr notwendig ist. Zur Kraftübertragung ans Hinterrad kann nämlich ein Riemenantrieb verwendet werden. Darüber hinaus ist durch den nachfolgend näher beschriebenen einfachen Aufbau des Schaltgetriebes ein sehr schmaler Aufbau des Getriebes möglich, was vorteilhaft ist, weil der Platz in einem Tretlager begrenzt ist.
Das Vorsehen des Überlagerungsgetriebes und der elektrischen Maschine bietet den Vorteil, dass Drehzahlübersetzungen zwischen den mechanischen Gängen durch entsprechende Ansteuerung der elektrischen Maschine bereitgestellt werden können. Insbesondere können bei der Steuerung oder Regelung der elektrischen Maschine durch Variationen der Drehzahl der elektrischen Maschine virtuelle Zwischengänge oder ein Stufenlosbetrieb dargestellt werden, um für den Fahrer sanfte Übergänge zwischen den Stufensprüngen des Getriebes zu ermöglichen. Zur Steuerung und/oder Regelung der elektrischen Maschine ist kein Drehmomentsensor nötig, da die elektrische Maschine das benötigte Abstützmoment an dem Planetensatz und damit indirekt das Muskelantriebsmoment ermitteln kann.
Unter einer Welle wird nicht ausschließlich ein beispielsweise zylindrisches, drehbar gelagertes Maschinenelement zur Übertragung von Drehmomenten verstanden. Vielmehr sind hierunter auch allgemeine Verbindungselemente zu verstehen, die einzelnen Bauteile miteinander verbinden, insbesondere Verbindungselemente, die mehrere Bauteile drehfest miteinander verbinden.
Im Sinne der Erfindung wird als ein Schaltgetriebe ein Getriebe angesehen, mittels dem verschiedene Gänge mit unterschiedlichen Übersetzungen zwischen der nicht zum Getriebe gehörenden Tretlagerkurbelwelle und der Getriebeausgangswelle realisiert werden können.
Die elektrische Maschine besteht zumindest aus einem drehfesten Stator und einem drehbar gelagerten Rotor und ist in einem motorischen Betrieb dazu eingerichtet, elektrische Energie in mechanische Energie in Form von Drehzahl und Drehmoment zu wandeln, sowie in einem generatorischen Betrieb mechanische Energie in elektrische Energie in Form von Strom und Spannung zu wandeln.
Bei einer besonderen Ausführung kann das Überlagerungsgetriebe wenigstens drei, insbesondere genau drei, Elemente aufweisen. Bei einem Überlagerungsgetriebe fungieren zwei der drei Elemente als Antriebselemente und das dritte Element als Abtriebselement. Dabei kann das Überlagerungsgetriebe als beliebiges Getriebe mit drei Wellen und zwei Freiheitsgraden für die Überlagerungsfunktion ausgeführt sein. Das Überlagerungsgetriebe kann als Planetensatz ausgeführt sein. Alternativ kann das Überlagerungsgetriebe als Wellgetriebe und/oder Zykloidgetriebe ausgeführt sein. Dabei kann die elektrische Maschine an das Element des Überlagerungsgetriebes angekoppelt sein, bei dem sich bei einem Festhalten wenigstens eines der anderen Elemente des Überlagerungsgetriebes die kleinste Übersetzung einstellt.
Bei einer Ausführung des Überlagerungsgetriebes als Planetensatz kann das Element des Überlagerungsgetriebes ein Sonnenrad des Planetensatzes und das andere Element des Überlagerungsgetriebes ein Steg des Planetensatzes sein.
Dabei kann die elektrische Maschine mittels einer Welle mit dem Sonnenrad des Planetensatzes drehfest verbunden oder drehfest verbindbar sein. Die Schaltgetriebeausgangswelle kann mit einem Hohlrad des Planetensatzes drehfest verbunden sein und der Steg des Planetensatzes kann mit einer Getriebeausgangswelle des Getriebes drehfest verbunden oder drehfest verbindbar sein.
Die Getriebeausgangswelle kann in einem radial unterhalb des Sonnenrads des Planetensatzes gelegenen Bereich durch eine Ebene hindurch treten, die den Planetensatz, also das Hohlrad, den Steg und das Sonnenrad des Planetensatzes, aufweist. Die Ebene kann einen Hohlraum des Tretlagergehäuses in einen Bereich, in dem das Schaltgetriebe angeordnet ist, und einen anderen Bereich trennen. Bei dem zuvor genannten Verlauf des Stegs ist die elektrische Maschine in dem anderen Bereich angeordnet. Bei einer alternativen Ausführung kann die Getriebeausgangswelle in einem radial oberhalb des Hohlrads des Planetensatzes gelegen Bereichs durch die Ebene hindurch treten. In diesem Fall ist die elektrische Maschine in dem Bereich des Hohlraums angeordnet, in dem auch das Schaltgetriebe angeordnet ist.
Bei einer besonderen Ausführung kann das Schaltgetriebe einen ersten Planetensatz und ein dem ersten Planetensatz zugeordnetes erstes Schaltelement aufweisen. Darüber hinaus kann das Schaltgetriebe einen zweiten Planetensatz und einem zweiten Planetensatz zugeordnetes zweites Schaltelement aufweisen. Insbesondere kann das Schaltgetriebe derart ausgeführt sein, dass es genau zwei Planetensätze aufweist. Das erste Schaltelement und/oder das zweite Schaltelement können als Bremse ausgeführt sein.
Darüber hinaus kann das Schaltgetriebe eine erste Welle aufweisen, die mit dem ersten Planetensatz und dem zweiten Planetensatz wirkverbunden ist. Darüber hinaus kann die erste Welle mittels des ersten Schaltelements mit einem Getriebegehäuse drehfest verbindbar sein. Das Schaltgetriebe kann ein drittes Schaltelement aufweisen, wobei die erste Welle mittels des dritten Schaltelements mit der Schaltgetriebeausgangswelle drehfest verbindbar ist.
Das Getriebegehäuse kann Bestandteil des Trieblagergehäuses sein, also einstückig mit dem Tretlagergehäuse ausgeführt sein. Alternativ kann das Getriebegehäuse ein von dem Tretlagergehäuse separates Gehäuse sein, das in einen Hohlraum des Tretlagergehäuses eingebracht werden kann.
Darüber hinaus kann das Schaltgetriebe eine zweite Welle aufweisen. Die zweite Welle kann mit dem ersten Planetensatz und dem zweiten Planetensatz wirkverbunden sein. Außerdem kann das Schaltgetriebe ein viertes Schaltelement aufweisen und die zweite Welle kann mittels des vierten Schaltelements mit der Schaltgetriebeausgangswelle drehfest verbindbar sein.
Das dritte und/oder vierte Schaltelement können als eine Kupplung ausgeführt sein. Darüber hinaus können das dritte und/oder vierte Schaltelement einem Koppelbereich der Schaltgetriebeausgangswelle mit dem Überlagerungsgetriebe triebtechnisch vorgeschaltet sein.
Ganz besonders vorteilhaft ist eine Ausführung, bei der ein Steg des ersten Planetensatzes mit der Tretlagerkurbelwelle drehfest verbindbar ist und ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes mit der ersten Welle drehfest verbunden ist und ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes mit der zweiten Welle drehfest verbunden ist. Der Steg des zweiten Planetensatzes ist mit der ersten Welle drehfest verbunden und ein Hohlrad des zweiten Planetensatzes ist mittels des zweiten Schaltelements mit dem Getriebegehäuse drehfest verbindbar und ein Sonnenrad des zweiten Planetensatzes ist mit der zweiten Welle drehfest verbunden.
Der erste und/oder zweite Planetensatz und das als Planetensatz ausgeführte Überlagerungsgetriebe können als Minus-Planetensatz ausgeführt sein. Alternativ ist es vorstellbar, dass der erste und/oder zweite Planetensatz und/oder der Planetensatz als Plus-Planetensatz ausgeführt sind.
Ein Minus-Planetensatz entspricht einem Planetensatz mit einem Steg, an dem die Planetenräder drehbar gelagert sind, einem Sonnenrad und einem Hohlrad, wobei die Verzahnung zumindest eines der Planetenräder sowohl mit der Verzahnung des Sonnenrades als auch mit der Verzahnung des Hohlrades kämmt, wodurch das Hohlrad und das Sonnenrad in entgegengesetzter Drehrichtung rotieren, wenn das Sonnenrad bei feststehendem Steg rotiert. Im Gegensatz dazu unterscheidet sich ein Plus-Planetensatz von dem Minus-Planetensatz dahingehend, dass der Plus-Planetensatz innere und äußere Planetenräder aufweist, welche drehbar an dem Steg gelagert sind. Die Verzahnung der inneren Planetenräder kämmt dabei einerseits mit der Verzahnung des Sonnenrads und andererseits mit der Verzahnung der äußeren Planetenräder. Die Verzahnung der äußeren Planetenräder kämmt darüber hinaus mit der Verzahnung des Hohlrads. Dies hat zur Folge, dass bei feststehendem Steg das Hohlrad und das Sonnenrad in die gleiche Drehrichtung rotieren.
Bei einer ganz besonderen Ausführung kann die Schaltgetriebeausgangswelle ein Festrad aufweist, das mit dem Überlagerungsgetriebe wirkverbunden ist. Bei einer Ausführung des Überlagerungsgetriebes als Planetensatz kann das Festrad mit dem Hohlrad des Planetensatzes in Eingriff sein.
Die Schaltgetriebeausgangswelle kann, insbesondere in radialer Richtung, versetzt zu der elektrischen Maschine und/oder einer Mittelachse des Getriebes und/oder der Tretlagerkurbelwelle angeordnet sein. Dabei kann die Schaltgetriebeausgangswelle parallel zu der Tretlagerkurbelwelle und/der einer Rotorwelle der elektrischen Maschine verlaufen. Alternativ ist es auch möglich, dass sich die Schaltgetriebeausgangswelle durch die elektrische Maschine hindurch erstreckt. In diesem Fall ist die Schaltgetriebeausgangswelle koaxial zu der elektrischen Maschine angeordnet. Diese Ausführung bietet den Vorteil, dass das Getriebe in radialer Richtung kompakt gebaut werden kann.
Das Schaltgetriebe kann wenigstens einen, insbesondere genau vier, Stirnradsätze aufweisen, die mit der Tretlagerkurbelwelle wirkverbindbar sind. Dabei kann ein Stirnradsatz ein Festrad und ein Losrad aufweisen, die miteinander in Eingriff sind. Das Losrad des Stirnradsatzes kann der Schaltgetriebeausgangswelle zugeordnet sein. Dabei kann das Losrad durch Betätigung eines dem Losrad zugeordneten Schaltelements mit der Schaltgetriebeausgangswelle drehfest verbunden werden. Das Festrad des Stirnradsatzes kann mit der Tretlagerkurbelwelle drehfest verbunden sein. Bei dieser Ausführung kann das Schaltgetriebe keinen Planetensatz aufweisen. Bei einem Vorsehen von mehreren Stirnradsätzen kann jeder Stirnradsatz wie zuvor beschrieben ausgebildet sein.
Die elektrische Maschine kann, insbesondere in radialer Richtung, versetzt zu einer Mittelachse des Getriebes und/oder der Tretlagerkurbelwelle angeordnet sein. Dies bietet den Vorteil, dass der Innendurchmesser der elektrischen Maschine frei wählbar ist, da sich die Tretkurbellagerwelle nicht durch die elektrische Maschine hindurch erstrecken muss. Darüber hinaus kann die elektrische Maschine in einem Bereich des Tretlagers angeordnet werden, in dem genügend Platz vorhanden ist und/oder der nicht für andere Bauteile des Tretlagers benötigt wird.
Die elektrische Maschine kann mittels wenigstens eines weiteren Planetensatzes und/oder wenigstens eines Stirnradgetriebes mit dem Überlagerungsgetriebe wirkverbunden sein. Das Vorsehen des weiteren Überlagerungsgetriebes und/oder Stirnradgetriebes weist den Vorteil auf, dass eine hohe Vorübersetzung zwischen der elektrischen Maschine und dem Zugmittelträger realisierbar ist und/oder eine Wirkverbindung der elektrischen Maschine mit dem Überlagerungsgetriebe auf einfache Weise erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Freilauf vorhanden sein, der die elektrische Maschine abkoppelt, wenn die Tretlagerkurbelwelle nicht getreten wird und/oder der ein Mitdrehen der Tretlagerkurbelwelle verhindert. Insbesondere kann der Freilauf triebtechnisch zwischen der elektrischen Maschine und der Getriebeausgangswelle angeordnet sein. Natürlich sind auch andere Anordnungen des Freilaufs möglich.
Von besonderem Vorteil ist ein Tretlager mit der Tretlagerkurbelwelle und dem erfindungsgemäßen Getriebe. Das Schaltgetriebe kann dabei mit der Tretlagerkurbelwelle wirkverbunden sein. Insbesondere kann der Steg des ersten Planetensatzes mit der Tretlagerkurbelwelle drehfest verbunden sein. Bei der alternativen Ausführung, bei der das Schaltgetriebe wenigstens einen Stirnradsatz aufweist, kann das Festrad des Stirnradsatzes oder bei dem Vorsehen von mehreren Stirnradsätzen kann jedes der Festräder der Stirnradsätze mit der Tretlagerkurbelwelle drehfest verbunden sein.
Dabei kann das Tretlager ein Tretlagergehäuse aufweisen, wobei das Getriebe in einem Hohlraum des Tretlagergehäuses angeordnet sein kann. Das Anordnen des Getriebes in dem Tretlager bietet im Vergleich zu Ausführungen, bei denen das Getriebe am und/oder im Hinterrad angeordnet ist, den Vorteil, dass der Schwerpunkt des Fahrrads besser liegt. Dies wirkt sich vorteilhaft auf den Fahrkomfort aus.
Außerdem besteht die Möglichkeit, dass das Getriebe, insbesondere inklusive der elektrischen Maschine, als eine modulare Baueinheit in das Tretlager eingebaut wird. Das Vorsehen des Getriebes als modulare Baueinheit, die nur als Ganzes in das Tretlager eingebaut oder aus diesem ausgebaut werden kann, bietet den Vorteil, dass der Einbau des Getriebes in das Tretlager oder der Ausbau des Getriebes aus dem Getriebe einfach möglich ist. Ein weiterer Vorteil der Anordnung des Getriebes im Tretlager besteht darin, dass im Vergleich zu einem Hinterradantrieb eine hohe Vorübersetzung der elektrischen Maschine möglich ist. Von ganz besonderem Vorteil ist ein Fahrrad mit dem Tretlager oder dem Getriebe.
In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleichwirkende Elemente zumeist mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine Tabelle mit Werten für die Standübersetzung der Planetensätze,
4 eine Schaltmatrix für die in 1 und 2 gezeigten Getriebe,
5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
6 eine Strichskizze des in 5 dargestellten Getriebes gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
7 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Getriebes gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
8 eine Strichskizze des in 7 dargestellten Getriebes gemäß dem vierten Ausführungsbeispiels.

1 zeigt ein Getriebe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Getriebe ist rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse M des Getriebes ausgeführt, wobei in der 1 nur die obere Hälfte dargestellt ist.
Das Getriebe weist ein Schaltgetriebe 1 auf, das eine Schaltgetriebeausgangswelle 3 aufweist und mit einer Tretlagerkurbelwelle 2 wirkverbunden ist. Darüber hinaus weist das Getriebe eine elektrische Maschine 5 und ein Überlagerungsgetriebe 4 auf, das dem Schaltgetriebe 1 triebtechnisch nachgeschaltet ist. Das Überlagerungsgetriebe 4 ist als Planetensatz ausgeführt.
Die elektrische Maschine 5 ist mittels einer Welle 6 mit einem Sonnenrad des Planetensatzes drehfest verbunden. Die Schaltgetriebeausgangswelle 3 ist mit einem Hohlrad des Planetensatzes drehfest verbunden. Ein Steg des Planetensatzes ist mit einer Getriebeausgangswelle 7 drehfest verbunden.
Die Getriebeausgangswelle 7 ist mit einem in der 1 nicht dargestellten Zugmittelträger, wie beispielsweise einem Kettenrad oder Riemenrad, drehfest verbunden. Das von dem Getriebe bereitgestellte Drehmoment wird über den Zugmittelträger mittels einer Kette oder eines Riemens an ein nicht dargestelltes Hinterrad übertragen.
Der Planetensatz, insbesondere das Hohlrad, der Steg und das Sonnenrad des Planetensatzes, sind in einer Ebene E angeordnet. Die Getriebeausgangswelle 7 erstreckt sich in einem radial unterhalb des Sonnenrad des Planetensatzes gelegenen Bereich durch die Ebene E hindurch. Dabei trennt die Ebene E einen Hohlraum eines Tretlagergehäuses 21 in einen Bereich 22, in dem das Schaltgetriebe 1 angeordnet ist und einen anderen Bereich 22. Die elektrische Maschine 5 ist in dem anderen Bereich 22 angeordnet.
Das Schaltgetriebe 1 weist einen ersten Planetensatz PS1, einen zweiten Planetensatz PS2 auf, eine erste Welle 8 und eine zweite Welle 9 auf. Außerdem weist das Schaltelement ein erstes Schaltelement S1, ein zweites Schaltgetriebe S2, ein drittes Schaltelement S3 und ein viertes Schaltelement S4 auf. Dabei sind das erste Schaltelement S1 und das zweite Schaltelement S2 als Bremsen ausgeführt sein. Das dritte Schaltelement S3 und das vierte Schaltelement S4 sind als Kupplungen ausgeführt. Darüber hinaus sind das dritte Schaltelement S3 und das vierte Schaltelement S4 zu einem Doppelschaltelement zusammengefasst.
Die erste Welle 8 ist mit dem ersten Planetensatz PS1 und dem zweiten Planetensatz PS2 wirkverbunden und mittels des dritten Schaltelements S3 mit der Schaltgetriebeausgangswelle 3 drehfest verbindbar. Darüber hinaus ist die erste Welle 8 mittels des ersten Schaltelements S1 mit einem Getriebegehäuse 10 drehfest verbindbar. Die zweite Welle 9 ist mit dem ersten Planetensatz PS1 und dem zweiten Planetensatz PS2 wirkverbunden und mittels des vierten Schaltelements S4 mit der Schaltgetriebeausgangswelle 3 drehfest verbindbar.
Ein Steg des ersten Planetensatzes PS1 ist mit der Tretlagerkurbelwelle 2 drehfest verbunden. Das Sonnenrad des ersten Planetensatzes PS1 ist mit der zweiten Welle 9 drehfest verbunden. Ein Hohlrad des ersten Planetensatzes PS1 ist mit der ersten Welle 8 drehfest verbunden.
Ein Sonnenrad des zweiten Planetensatzes PS2 ist mit der zweiten Welle 9 drehfest verbunden und ein Steg des zweiten Planetensatzes PS2 ist mit der ersten Welle 8 drehfest verbunden. Ein Hohlrad des zweiten Planetensatzes PS2 ist mittels des zweiten Schaltelements S2 mit dem Getriebegehäuse 10 drehfest verbindbar.
Das Schaltgetriebe 1 ist koaxial zu dem Überlagerungsgetriebe 4 angeordnet. Insbesondere sind der erste und zweite Planetensatz PS1, PS2 koaxial zu dem Planetensatz angeordnet. Darüber hinaus sind das Schaltgetriebe und das Überlagerungsgetriebe koaxial zu der Tretlagerkurbelwelle 2 angeordnet. Die Getriebeausgangswelle 7 ist ebenfalls koaxial zu der Tretlagerkurbelwelle 2 angeordnet.
2 zeigt ein Getriebe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Dieses unterscheidet sich von dem in 1 dargestellten Getriebe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der Anordnung der elektrischen Maschine 5 und dem Verlauf der Getriebeeingangswelle 7. Insbesondere tritt die Getriebeeingangswelle 7 in einem radial oberhalb des Hohlrad des Planetensatzes gelegenen Bereichs durch die Ebene E hindurch. Die elektrische Maschine 5 ist in dem Bereich 22 angeordnet.
3 zeigt eine Tabelle mit Werten für die Standübersetzung der Planetensätze des Schaltgetriebes 1. So ist aus der Tabelle entnehmbar, dass der erste Planetensatz PS1 und der zweite Planetensatz PS2 dieselbe Standübersetzung aufweisen.
4 zeigt eine Schaltmatrix für die in den 1 und 2 dargestellten Getriebe. Dabei bedeutet der Buchstabe „x“, dass das jeweilige Schaltelement geschlossen ist. Das in den 1 und 2 dargestellte Getriebe weist in Summe vier Gänge auf. Darüber hinaus sind in 4 die Werte für die Übersetzung „i“ zwischen der Tretlagerkurbelwelle 2 und der Getriebeausgangswelle 7 genannt. Außerdem sind in 4 Werte für die Gangsprünge „phi“ genannt.
Die 5 und 6 zeigen ein Getriebe gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Das Getriebe unterscheidet sich von den in den 1 und 2 dargestellten Getrieben in der Ausbildung des Schaltgetriebes 1.
So weist das Schaltgetriebe vier Stirnradsätze SR auf. Jeder der Stirnradsätze SR weist ein Festrad 14 und ein Losrad 15 auf, wobei sich die Stirnradsätze in dem Durchmesser der Festräder und Losräder voneinander unterscheiden. Im Folgenden wird nur ein Stirnradsatz beschrieben, jedoch sind die restlichen Stirnradsatz analog ausgebildet.
Das Festrad 14 des Stirnradsatzes SR ist mit der Tretlagerkurbelwelle 2 drehfest verbunden. Das Losrad 15 des Stirnradsatzes SR ist der Schaltgetriebeausgangswelle 3 zugeordnet. Mittels eines nicht dargestellten Schaltelements kann eine drehfeste Verbindung zwischen dem Losrad 15 und der Schaltgetriebeausgangswelle 3 realisiert werden.
Die Schaltgetriebeausgangswelle 3 liegt in radialer Richtung zwischen der elektrischen Maschine 5 und der Tretlagerkurbelwelle 2 und/oder verläuft parallel zur Tretlagerkurbelwelle 2. Darüber hinaus weist die Schaltgetriebeausgangswelle 3 ein Festrad 12 auf, das mit dem Überlagerungsgetriebe 4 wirkverbunden ist. Insbesondere ist das Festrad 12 in Eingriff mit dem Hohlrad des Planetensatzes.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die elektrische Maschine 5 eine Rotorwelle 16 aufweist, die mit einem Sonnenrad eines weiteren Planetensatzes 13 gekoppelt ist. Der weitere Planetensatz 13 ist mit einem Stirnradgetriebe 17 wirkverbunden, insbesondere ist das Hohlrad des weiteren Planetensatzes 13 in Eingriff mit einem Zahnrad 18 des Stirnradgetriebes 17. Ein weiteres Zahnrad 19 des Stirnradgetriebes 17 ist mit dem Sonnenrad des Planetensatzes in Eingriff.
Darüber hinaus weist das Getriebe eine Leistungselektronik 20 auf. Die Getriebeausgangswelle 7 ist mit einem Zugmittelträger 24 drehfest verbunden.
Die 7 und 8 zeigen ein erfindungsgemäßes Getriebe gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. Das in den 7 und 8 dargestellte Getriebe unterscheidet sich von dem in den 5 und 6 dargestellten Getriebe dadurch, dass sich die Schaltgetriebeausgangswelle 3 durch die elektrische Maschine 5 hindurchstreckt. Insbesondere verläuft die Schaltgetriebeausgangswelle 3 koaxial zu der Rotorwelle 16 der elektrischen Maschine 5. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass in dem Getriebe gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel kein weiterer Planetensatz 13 vorhanden ist. So ist die Rotorwelle 16 mittels des Stirnradgetriebes 17, also des Zahnrads 18 und des weiteren Zahnrads 19, mit dem Planetensatz, insbesondere mit dem Sonnenrad des Planetensatzes wirkverbunden.
Dabei sind die Losräder 15 an einem Ende der Schaltgetriebeausgangswelle 3 und das mit dem Planetensatz wirkverbundene Festrad 12 an einem anderen Ende der Schaltgetriebeausgangswelle 3 angeordnet. Insbesondere sind die Losräder 15 derart angeordnet, dass in axialer Richtung die elektrische Maschine 5 zwischen den Losrädern und dem Festrad 12 angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

1: Schaltgetriebe
2: Tretlagerkurbelwelle
3: Schaltgetriebeausgangswelle
4: Überlagerungsgetriebe
5: elektrische Maschine
6: Welle
7: Getriebeausgangswelle
8: erste Welle
9: zweite Welle
10: Getriebegehäuse
12: Festrad
13: weiterer Planetensatz
14: Festrad des Stirnradsatzes
15: Losrad des Stirnradsatzes
16: Rotorwelle
17: Stirnradgetriebe
18: Zahnrad
19: weiteres Zahnrad
20: Leistungselektronik
21: Tretlagergehäuse
22: Bereich
23: anderer Bereich
E: Ebene
M: Mittelachse des Getriebes
S1: erstes Schaltelement
S2: zweites Schaltelement
S3: drittes Schaltelement
S4: viertes Schaltelement
PS1: erster Planetensatz
PS2: zweiter Planetensatz
SR: Stirnradsatz

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2015024701 A1 [0003]

Claims

Getriebe für ein Fahrrad, mit einem Schaltgetriebe (1), das mit einer Tretlagerkurbelwelle (2) wirkverbindbar ist und eine Schaltgetriebeausgangswelle (3) aufweist, und einer elektrischen Maschine (5), dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe ein dem Schaltgetriebe (1) triebtechnisch nachgeschaltetes Überlagerungsgetriebe (4) aufweist, wobei die elektrische Maschine (5) mit einem Element des Überlagerungsgetriebes (4) wirkverbunden oder wirkverbindbar ist und die Schaltgetriebeausgangswelle (3) mit einem anderen Element des Überlagerungsgetriebes (4) wirkverbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Überlagerungsgetriebe (4) wenigstens drei, insbesondere genau drei, Elemente aufweist und/oder dass b. die elektrische Maschine (5) mit dem Element des Überlagerungsgetriebes (4) wirkverbunden oder wirkverbindbar ist, bei dem sich bei einem Festhalten wenigstens eines der anderen Elemente des Überlagerungsgetriebes die kleinste Übersetzung einstellt.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (4) ein Planetensatz ist.
Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine mittels einer Welle (6) mit einem Sonnenrad des Planetensatzes drehfest verbunden oder drehfest verbindbar ist und die Schaltgetriebeausgangswelle (3) mit einem Hohlrad des Planetensatzes drehfest verbunden ist und ein Steg des Planetensatzes mit einer Getriebeausgangswelle (7) des Getriebes drehfest verbunden oder drehfest verbindbar ist.
Getriebe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Ebene (E), die den Planetensatz aufweist, wobei a. die Getriebeausgangswelle (7) in einem radial unterhalb des Sonnenrads des Planetensatzes gelegenen Bereichs durch die Ebene (E) hindurchtritt oder wobei b. die Getriebeausgangswelle (7) in einem radial oberhalb des Hohlrads des Planetensatzes gelegenen Bereichs durch die Ebene (E) hindurchtritt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Schaltgetriebe (1) einen ersten Planetensatz (PS1) und ein dem ersten Planetensatz (PS1) zugeordnetes erstes Schaltelement (S1) aufweist und/oder dass b. das Schaltgetriebe (1) einen zweiten Planetensatz (PS2) und ein dem zweiten Planetensatz (PS2) zugeordnetes zweites Schaltelement (S2) aufweist.
Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe (1) eine erste Welle (8) aufweist, a. die mit dem ersten Planetensatz (PS1) und dem zweiten Planetensatz (PS2) wirkverbunden ist und/oder b. die mittels des ersten Schaltelements (S1) mit einem Getriebegehäuse (10) drehfest verbindbar ist und/oder dass c. das Schaltgetriebe (1) ein drittes Schaltelement (S3) aufweist, wobei die erste Welle (8) mittels des dritten Schaltelements (S3) mit der Schaltgetriebeausgangswelle (3) drehfest verbindbar ist.
Getriebe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe (1) eine zweite Welle (9) aufweist, a. die mit dem ersten Planetensatz (PS1) und dem zweiten Planetensatz (PS2) wirkverbunden ist und/oder dass b. das Schaltgetriebe (1) ein viertes Schaltelement (S4) aufweist und die zweite Welle (9) mittels des vierten Schaltelements (S4) mit der Schaltgetriebeausgangswelle (3) drehfest verbindbar ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steg des ersten Planetensatzes (PS1) mit der Tretlagerkurbelwelle (2) drehfest verbindbar ist und ein Hohlrad des ersten Planetenradsatzes (PS1) mit der ersten Welle (8) drehfest verbunden ist und ein Sonnenrad des ersten Planetensatzes (PS2) mit der zweiten Welle (9) drehfest verbunden ist und dass ein Steg des zweiten Planetensatzes (PS2) mit der ersten Welle (8) drehfest verbunden ist und ein Hohlrad des zweiten Planetensatzes (PS2) mittels des zweiten Schaltelements (S2) mit dem Getriebegehäuse (10) drehfest verbindbar ist und ein Sonnenrad des zweiten Planetensatzes (PS2) mit der zweiten Welle (9) drehfest verbunden ist.
Getriebe einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltgetriebeausgangswelle (3) ein Festrad (12) aufweist, das mit dem Überlagerungsgetriebe (4) wirkverbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Schaltgetriebeausgangswelle (3) versetzt zu der elektrischen Maschine (5) angeordnet ist oder dass b. sich die Schaltgetriebeausgangswelle (3) durch die elektrische Maschine (5) hindurch erstreckt.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Schaltgetriebe (1) wenigstens einen, insbesondere genau vier, Stirnradsätze aufweist, die mit der Tretlagerkurbelwelle (2) wirkverbindbar sind und/oder dass b. das Schaltgetriebe (1) wenigstens einen, insbesondere genau vier, Stirnradsätze aufweist, wobei ein Losrad eines Stirnradsatzes der Schaltgetriebeausgangswelle (3) zugeordnet ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (5) mittels wenigstens eines weiteren Planetensatzes (13) und/oder wenigstens eines Stirnradgetriebes mit dem Überlagerungsgetriebe (4) wirkverbunden ist.
Tretlager mit einer Tretlagerkurbelwelle (3) und einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgetriebe (1) mit der Tretlagerkurbelwelle (2) wirkverbunden ist.
Fahrrad mit einem Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13 oder einem Tretlager nach Anspruch 14.