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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung eines Pedelecs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Manuell angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Fahrräder oder Pedelecs, bei denen ein pedalierender Fahrer das Fahrzeug durch Muskelkraft antreibt und von einem elektrischen Hilfsmotor unterstützt wird, sind bekannt.
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Ferner sind Wellgetriebe bekannt, die unter anderem auch als Spannungswellengetriebe oder Gleitkeilgetriebe bezeichnet werden. Das Wellgetriebe weist einen Wellengenerator, eine Innenbuchse und eine Außenbuchse auf. Die Außenbuchse weist eine Innenverzahnung und die Innenbuchse weist eine Außenverzahnung auf, die über z.B. zwei Umfangsabschnitte miteinander in Eingriff stehen. Der Querschnitt der Außenbuchse ist kreisförmig. Die Innenbuchse ist verformbar ausgebildet. Durch den Wellengenerator, der eine längsgestreckte oder elliptische Form aufweist, wird die Innenbuchse mit ihrer Außenverzahnung über z.B. zwei Umfangsabschnitte in die Innenverzahnung der Außenbuchse gedrückt. Die Zähnezahl der Außenverzahnung der Innenbuchse und der Innenverzahnung der Außenbuchse sind verschieden voneinander. Wenn beispielsweise die Außenbuchse als Abtriebselement verwendet wird, kann sowohl über die Innenbuchse als auch an dem Wellengenerator antriebsseitig Leistung in das Wellengetriebe eingebracht werden. Auf diese Weise wird eine Überlagerungsfunktion durch das Wellgetriebe realisiert.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2015 100 676 B3 ist eine Antriebsbaugruppe für ein manuell angetriebenes Fahrzeug mit einem elektrischen Hilfsantrieb bekannt. Die Antriebsgruppe weist eine erste Antriebswelle als Tretkurbel mit einem ersten Pedal und einem zweiten Pedal als manuellen Antrieb auf. Ferner ist eine zweite Antriebswelle vorgesehen, die drehfest mit einem Rotor des elektrischen Hilfsantriebes verbunden ist. Die Tretkurbel und der Rotor sind über ein Wellgetriebe mit einem Abtriebselement gekoppelt, wobei das Abtriebselement mit einem Hinterrad des Fahrzeuges verbunden ist. Bei der bekannten Antriebsgruppe ist ein Wellengenerator des Wellgetriebes mit dem Rotor des Hilfsantriebes drehfest verbunden, wobei eine vorformbare Innenbuchse des Wellgetriebes mit der Tretkurbel drehfest verbunden ist. Das Abtriebselement ist mit einer Außenbuchse des Wellgetriebes verbunden.
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Bei derartigen antriebsunterstützten zwei oder mehrrädrigen Fahrzeugen, wie zum Beispiel Pedelecs, ist es erforderlich, dass der Motor das Drehmoment des Fahrers abstürzt, damit der Fahrer einen Widerstand am Pedal spürt. Es ist jedoch bekannt, dass bei Pedelecfahrzeugen zum Beispiel die motorische Unterstützung nur bis zu einer vorbestimmten Abregelgeschwindigkeit vorgesehen sein darf. Wird die motorische Unterstützung ab einer bestimmten Abregelgeschwindigkeit z. B. 25 Km/h, zurückgenommen, hat dies in nachteiliger Weise zur Folge, dass der Fahrer ohne Widerstand ins Leere tritt. Dies erzeugt bei dem Fahrer ein negatives Fahrgefühl. Darüber hinaus ist es bei der bekannten Antriebsbaugruppe nicht möglich, dass der Fahrer bei Geschwindigkeiten oberhalb der vorbestimmten Unterstützungs- bzw. Abregelgeschwindigkeit keinen manuellen Antrieb mehr leisten kann. Außerdem ist eine mechanische Schaltung erforderlich, damit die motorische Unterstützungsleistung variiert werden kann, wenn sowohl die Fahrgeschwindigkeit als auch die Trittfrequenz vorgegeben sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche ein negatives Fahrgefühl vermeidet und die Betriebsmöglichkeiten erweitert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
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Somit wird eine Antriebsanordnung vorzugsweise für ein Pedelec oder dergleichen vorgeschlagen, welche einen manuellen Antrieb, beispielsweise durch eine als Tretkurbelwelle oder dergleichen ausgeführte manuelle Antriebswelle, und einen ersten elektrischen Antrieb aufweist, wobei die Antriebe über ein erstes Wellgetriebe mit einem gemeinsamen Abtrieb zum Realisieren einer Überlagerungsfunktion gekoppelt sind. Um ein negatives Fahrgefühl für den Fahrer zu vermeiden und die Betriebsmöglichkeiten zu erweitern, ist vorgesehen, dass der Abtrieb über ein zweites Wellgetriebe mit einem zweiten elektrischen Antrieb gekoppelt ist.
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Durch die mechanische Anbindung zumindest eines zweiten elektrischen Antriebes über zumindest ein zweites Wellgetriebe wird eine Festübersetzung neben der Überlagerungsfunktion bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung realisiert. Somit wird die Festübersetzung parallel zur Überlagerungsfunktion bei der Antriebsanordnung vorgesehen. Durch die vorgeschlagene Antriebsanordnung ergibt sich eine besonders kostengünstige Lösung, da die Bauteile des vorhandenen Wellgetriebes einschließlich des ersten elektrischen Antriebes weiterverwendet werden. Die zusätzliche Festübersetzung wird durch den zweiten elektrischen Antrieb und das zweite Wellgetriebe realisiert.
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Die erfindungsgemäße Erweiterung mit einem zweiten elektrischen Antrieb ist es möglich, bei jeder Fahrgeschwindigkeit sowohl eine gewünschte Unterstützungsstufe als auch eine gewünschte Trittfrequenz einzustellen. Demzufolge ist keine konventionelle mechanische Übersetzungsverstelleinrichtung, wie zum Beispiel eine Kettenschaltung, Nabenschaltung oder ein mechanisches Naben-CVT erforderlich. Die Trittfrequenz wird durch Variation der Drehzahl des ersten elektrischen Antriebs eingestellt, während die Unterstützungsstufe durch das frei wählbare Moment des zweiten elektrischen Antriebes eingestellt wird. Hierbei ist es ohne weiteres möglich, dass der als elektrische Maschine ausgeführte zweite elektrische Antrieb motorisch oder auch generatorisch wirken kann.
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Zudem ist es möglich, ein höheres Anfahrmoment anzubieten, da der zweite elektrische Antrieb am Abtrieb unabhängig von dem ersten elektrischen Antrieb und dem ersten Wellgetriebe ein Drehmoment am Abtrieb bzw. am Kettenrad des Pedelecs über das zweite Wellgetriebe aufbringen kann. Bei Fahrgeschwindigkeiten zum Beispiel größer 25 Km/h kann der zweite elektrische Antrieb entsprechend Gegenbremsen, sodass die aufgrund der Drehmomentabstützung an dem ersten Wellgetriebe auftretende motorische Leistung des ersten elektrischen Antriebes kompensiert wird. Es entsteht dann quasi eine elektrische Blindleistung, wobei der effektive Antrieb oberhalb der Unterstützungsgeschwindigkeit dann über die Muskelkraft des Fahrers erfolgt.
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Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass der erste elektrische Antrieb koaxial zur manuellen Antriebswelle und der zweite elektrische Antrieb koaxial zu einer gehäusefesten Achse angeordnet ist. Dadurch ist der erste elektrische Antrieb mit dem ersten Wellgetriebe der rotierenden Tretkurbelwelle zugeordnet, während der zweite elektrische Antrieb mit dem zweiten Wellgetriebe der feststehenden Achse zugeordnet ist.
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Eine besonders bauraumsparende Bauweise ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung dadurch, dass die gehäusefeste bzw. stehende Achse achsparallel zu der manuellen Antriebswelle bzw. zu der Tretkurbelwelle angeordnet ist. Hierdurch ist es ohne weiteres möglich, die beiden elektrischen Antriebe mit den zugeordneten Wellgetrieben in einem gemeinsamen Gehäuse bauraumsparend unterzubringen.
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Um den zweiten elektrischen Antrieb über das zweite Wellgetriebe mit dem Abrieb des Pedelecs zu koppeln, kann im Rahmen einer bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen sein, dass hierzu eine Außenbuchse des zweiten Wellgetriebes entweder über ein Element des ersten Wellgetriebes mit dem Abtrieb oder quasi direkt mit dem Abrieb verbunden wird. Beispielsweise kann die Außenbuchse des zweiten Wellgetriebes über Zahnräder, Ketten, Riemen oder dergleichen mit dem Abtrieb verbunden werden, um dadurch einen größeren Achsenabstand zwischen der manuellen Antriebswelle und der gehäusefeste Achse zu realisieren. Hierdurch kann insgesamt ein kleineres Gehäuse realisiert werden.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung für ein Pedelec,
- 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung;
- 3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung;
- 4 eine schematische Ansicht einer vierten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung und;
- 5 eine schematische Ansicht einer fünften Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung.
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In den 1 bis 5 sind verschiedene Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung eines Pedelecs mit einer manuellen Antriebswelle und mit einem ersten elektrischen Antrieb EM 1, welcher über ein erstes Wellgetriebe WG 1 mit einem gemeinsamen Abtrieb 15 gekoppelt sind, wobei der Abtrieb 15 über ein zweites Wellgetriebe WG 2 mit einem zweiten elektrischen Antrieb EM 2 gekoppelt ist. Die verschiedenen Ausführungsvarianten unterscheiden sich durch die verschiedenen Anbindungsmöglichkeiten des zweiten Wellgetriebes WG 2 an den Abtrieb 15. Hierbei wird der Abtrieb 15 des zwei oder mehrrädrigen Pedelecs beispielsweise über ein Kettenrad bzw. ein Riemenrad mit dem anzutreibenden Hinter- oder Vorderrad verbunden. Es ist auch möglich, dass der Abrieb 15 als Nabenabtrieb ausgeführt ist.
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Wie bereits eingangs beschriebenen, weist jedes Wellgetriebe WG 1, WG 2 üblicherweise einen gelagerten Wellengenerator 1, 4 im Inneren auf, der mit einem elliptischen bzw. längsgezogenen äußeren Laufring versehen ist, der mit einer verformbaren Innenbuchse 2, 5 gekoppelt ist, wobei die jeweilige Innenbuchse 2, 5 eine Außenverzahnung aufweist, die jeweils mit einer einen kreisförmigen Durchmesser aufweisenden Außenbuchse 3, 6 mit einer Innenverzahnung in Eingriff steht.
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Unabhängig von den verschiedenen Ausführungsvarianten ist bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung vorgesehen, dass der erste elektrische Antrieb bzw. die erste elektrische Maschine EM 1 koaxial zu der manuellen Antriebswelle bzw. Tretkurbelwelle 7 angeordnet, wobei der zweite elektrische Antrieb bzw. die zweite elektrische Maschine EM 2 koaxial zu einer gehäusefesten Achse 8 angeordnet ist. Die gehäusefeste Achse 8 ist achsparallel zu der manuellen Antriebswelle 7 angeordnet.
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Auf diese Weise ergibt sich eine radial verschachtelte Bauweise der beiden elektrischen Maschinen EM 1, EM 2 und der beiden Wellgetriebe WG 1, WG 2 bezogen auf die Tretkurbelwelle bzw. die manuelle Antriebswelle 7, wobei die beiden elektrischen Antriebe EM 1, EM 2 und die beiden Wellgetriebe WG 1, WG 2 in einem gemeinsamen Gehäuse 14 angeordnet sind. In dem gemeinsamen Gehäuse 14 sind jeweils der erste elektrische Antrieb EM 1 und das erste Wellgetriebe WG 1 bezogen auf die manuelle Antriebswelle 7 axial nebeneinander angeordnet, wobei der zweite elektrische Antrieb EM 2 und das zweite Wellgetriebe WG 2 bezogen auf die gehäusefeste Achse 8 axial nebeneinander angeordnet sind.
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Der erste elektrische Antrieb EM 1 und der zweite elektrische Antrieb EM 2 können sowohl als Motor als auch als Generator betrieben werden.
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Ferner ist bei sämtlichen Ausführungsvarianten der Antriebsanordnung vorgesehen, dass die Tretkurbelwelle mit einem linken Pedal 10 an ihrem linken Ende und einem rechten Pedal 11 an ihrem rechten Ende als manuelle Antriebswelle 7 mit einer verformbaren Innenbuchse 2 des ersten Wellgetriebes WG 1 und ein Wellengenerator 1 des ersten Wellgetriebes WG 1 mit dem Rotor 12 des ersten elektrischen Antriebes EM 1 verbunden sind, wobei eine Außenbuchse 3 des ersten Wellgetriebes WG 1 mit dem Abtrieb 15 des Pedelecs verbunden ist.
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Darüber hinaus ist vorgesehen, dass eine Außenbuchse 6 des zweiten Wellgetriebes WG 2 direkt oder indirekt mit Abtrieb 15 des Pedelecs verbunden, wobei eine Innenbuchse 5 des zweiten Wellgetriebes WG 2 mit der gehäusefesten Achse 8 verbunden ist und wobei ein Wellengenerator 4 des zweiten Wellgetriebes WG 2 mit dem Rotor 13 des zweiten elektrischen Antriebes EM 2 verbunden ist.
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Bei der ersten Ausführungsvariante gemäß 1 ist vorgesehen, dass die Außenbuchse 6 des zweiten Wellgetriebes WG 2 über die Außenbuchse 3 des ersten Wellgetriebes WG 1 mit dem Abtrieb 15 verbunden ist. Hierzu weist die Außenbuchse 3 des ersten Wellgetriebes WG 1 und die Außenbuchse 6 des zweiten Wellgetriebes WG 2 jeweils eine Außenverzahnung auf, die miteinander in Eingriff stehen.
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Bei der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung des Pedelecs ist dagegen vorgesehen, dass die Außenbuchse 6 des zweiten Wellgetriebes WG 2 über ein Zwischenrad 9 mit der Außenbuchse 3 des ersten Wellgetriebes WG 1 gekoppelt ist. Hierbei ist das Zwischenrad 9 drehbar gelagert, wobei die Achse des Zwischenrades 9 ortsfest bzw. gehäusefest und nicht umlaufend angeordnet ist. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass ein größerer Axtabstand zwischen der Tretkurbel bzw. der manuellen Antriebswelle 7 und der ortsfesten bzw. gehäusefesten Achse 8 realisiert werden kann, ohne den Durchmesser der Außenbuchse 3 des ersten Wellgetriebes WG 1 und des zweiten Wellgetriebes WG 2 zu vergrößern. Dadurch ist insgesamt ein kleineres Gehäuse 14 realisierbar.
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In 3 ist eine dritte Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt, bei der vorgesehen ist, dass die Außenbuchse 6 des zweiten Wellgetriebes WG 2 über eine Stirnradstufe ST mit dem Abtrieb 15 gekoppelt ist. Hierzu weist die Stirnradstufe ST ein erstes Stirnrad ST 1 und ein zweites Stirnrad ST 2 auf, welche direkt miteinander in Eingriff stehen. Das erste Stirnrad ST 1 ist quasi als Hohlrad auf der gehäusefesten Achse 8 gelagert. Das zweite Stirnrad ST 2 ist quasi als Hohlrad auf der Tretkurbelwelle bzw. der manuellen Antriebswelle 7 gelagert. Das erste Stirnrad ST 1 ist mit der Außenbuchse 6 des zweiten Wellgetriebes WG 2 verbunden, während das zweite Stirnrad ST 2 mit dem Abtrieb 15 verbunden ist.
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4 zeigt eine vierte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung, bei der vorgesehen ist, dass die Stirnräder ST 1, ST 2 der Stirnradstufe ST über ein Zwischenrad 17 miteinander gekoppelt sind. Das Zwischenrad 17 ist auf einer Achse gelagert, die ortsfest bzw. gehäusefest angeordnet ist. Durch die Verwendung eines Zwischenrades 17 ergibt sich der Vorteil, dass ein größerer Achsabstand zwischen der Tretkurbelwelle bzw. der manuellen Antriebswelle 7 und der gehäusefesten Achse 8 realisiert wird, ohne dass die Stirnräder ST 1, ST 2 über den Durchmesser der Außenbuchse 3 des ersten Wellgetriebes WG 1 und der Außenbuchse 6 des zweiten Wellgetriebes Wege 2 hinausgehen, sodass sich insgesamt ein kleineres Gehäuse 14 realisieren lässt.
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Schließlich ist in 5 eine fünfte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Bei der fünften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass als indirekte Kopplung der Stirnräder ST 1, ST 2 der Stirnradstufe ST ein Ketten- oder Riementrieb 16 vorgesehen ist. Demzufolge wird durch den Riemen- oder Kettentrieb 16 eine Überbrückung des Achsabstandes realisiert. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass ein größerer Achsabstand zwischen der Tretkurbelwelle bzw. der manuellen Antriebswelle 7 und der gehäusefesten Achse 8 realisiert werden kann, ohne dass die Stirnräder ST 1, ST 2 über den Durchmesser der Außenbuchse 3 des ersten Wellgetriebes WG 1 und der Außenbuchse 6 des zweiten Wellgetriebes WG 2 hinausgehen, sodass insgesamt ein kleineres Gehäuse 14 realisierbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellengenerator des ersten Wellgetriebes
- 2
- verformbare Innenbuchse des ersten Wellgetriebes
- 3
- Außenbuchse des ersten Wellgetriebes
- 4
- Wellengenerator des zweiten Wellgetriebes
- 5
- verformbaren Innenbuchse des zweiten Wellgetriebes
- 6
- Außenbuchse des zweiten Wellgetriebes
- 7
- manuelle Antriebswelle bzw. Tretkurbel bzw. Tretkurbelwelle
- 8
- gehäusefeste bzw. feststehende Achse
- 9
- Zwischenrad
- 10
- linkes Pedal an der Tretkurbel
- 11
- rechtes Pedal an der Tretkurbel
- 12
- Rotor des ersten elektrischen Antriebes bzw. der ersten elektr. Maschine
- 13
- Rotor des zweiten elektrischen Antriebes bzw. der zweiten elektr. Maschine
- 14
- Gehäuse der Antriebsanordnung
- 15
- Abtrieb
- 16
- Kettentrieb bzw. Riementrieb
- 17
- Zwischenrad
- ST
- Stirnradstufe
- ST 1
- erstes Stirnrad
- ST 2
- zweites Stirnrad
- EM 1
- erster elektrischer Antrieb bzw. erste elektrische Maschine
- EM 2
- zweiter elektrischer Antrieb bzw. zweite elektrische Maschine
- WG 1
- erstes Wellgetriebe
- WG 2
- zweites Wellgetriebe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015100676 B3 [0004]
