DE102019006708A1 - Elektrisches Antriebssystem mit Getriebe für ein Fahrrad - Google Patents

Abstract

Damit der Mensch unabhängig von der Gelände Topologie bergab und bergauf mit einer gleichmäßigen Trittfrequenz pedalieren kann, besitzen Fahrräder eine Schaltung. Hier gibt es unterschiedliche Schaltungsarten: Sehr weit verbreitet ist die sogenannte Kettenschaltung. An Fahrrädern mit elektrischer Unterstützung verschleißen diese Kettenschaltungen jedoch sehr stark. Im Geländeeinsatz liegt die Lebensdauer teilweise unter 1000 km. Neben der Kettenschaltung werden auch Nabenschaltungen verwendet. Alle Schaltungsarten sind nicht dafür gebaut, um die hohen Drehmomente der modernen E-bike Motoren Stand zu halten. Das neuartige Getriebe-Antriebssystem soll diese Nachteile überwinden.Innerhalb einer Tretlagereinheit TLE befindet sich ein Überlagerungsgetriebe , welches als Planetengetriebe ausgeführt ist. Der Fahrradfahrer bewegt zwei auf der Tretlagerwelle (14) angeordneten Tretkurbeln. Eine Hohlwelle (16) steht in Verbindung mit einem Ketten- oder Riemenrad und überträgt die mechanische Leistung des Menschen und die Leistung von mindestens zwei Motor Getriebeeinheiten MGA und MGB auf das Hinterrad des Fahrrades. Durch unterschiedliche Drehzahlen an den unterschiedlichen Motoren werden unterschiedliche Gangstufen und Übersetzungen erreicht. Hierzu werden die Elemente des Planetengetriebes, die Steg, Sonnenrad und Hohlrad genannt werden von zwei oder drei Motoren in unterschiedlicher Konfiguration angetrieben. Das mit der Neuheit ausgestattete Fahrrad benötigt keine separate Schaltung mehr. Der elektrische Antrieb und die Fahrradschaltung ist in einer Komponente vereinigt.Das elektrisches Antriebssystem mit Getriebe ist für alle elektrisch betriebenen Fahrzeuge verwendbar, die einen Pedalantrieb benötigen. Die Fahrzeuge können zwei, drei oder auch vier Räder besitzen und auf der Straße oder auch im Gelände betrieben werden.

Description

• Stand der Technik
• In den letzten Jahren haben sich Elektrofahrräder zunehmends am Markt durchgesetzt. Ein großer Teil dieser Fahrräder besitzt einen Elektroantrieb in der Nähe des Tretlagers. Diese Antriebe werden auch Mittelmotoren genannt. Dort im Antriebssystem werden die Drehmomente des Menschen und die Drehmomente des Elektromotors zusammengefasst und über eine Kette oder einen Riemen an das Hinterrad weitergeleitet. Beispielhaft sei an dieser Stelle DE 10 2010 009 649 B4 genannt. Weitere Nachteile des Stands der Technik sind ebenfalls in diesem Patent ausführlich beschrieben.
• Damit der Mensch unabhängig von der Gelände Topologie bergab und bergauf mit einer gleichmäßigen Trittfrequenz pedalieren kann, besitzen diese Fahrräder eine Schaltung. Hier gibt es unterschiedliche Schaltungsarten: Sehr weit verbreitet ist die sogenannte Kettenschaltung. In Kombination mit leistungsstarken Elektromotoren verschleißen diese Kettenschaltungen jedoch sehr stark. Im Geländeeinsatz liegt die Lebensdauer teilweise unter 1000 km. Neben der Kettenschaltung werden auch Nabenschaltungen verwendet. Hier befinden sich schaltbare Planetengetriebe im Nabengehäuse im Zentrum des Hinterrades angeordnet. Leichte Nabenschaltungen besitzen ein Gewicht von kleiner 2 Kilogramm. Diese leichten Nabenschaltungen sind jedoch nur dann dauerhaltbar im Alltag, falls sie mit Eingangsdrehmomenten kleiner 50 Newtonmeter betrieben werden.
• Hochwertige Mittelmotoren besitzen Drehmomente zwischen 80 und 120 Newtonmeter. Für diese Art von Mittelmotoren gibt es nur wenige dauerhaltbare Nabenschaltungen. Diese Nabenschaltungen sind entweder sehr teuer in der Herstellung oder besitzen eine hohe Masse. Eine Masse von zwei bis drei Kilogramm im Hinterrad hat einen schlechten Einfluss auf die Federung. Dieses ist als Nachteil zu werten.
• Falls die Schaltung im Hinterrad angeordnet ist, müssen Bowdenzüge oder Kabel zum Hinterrad geführt werden. Diese Bauteile sind anfällig für Störungen. Bei einer Kettenschaltung befindet sich das sogenannte Schaltwerk in exponierter Lage sehr weit außen am Fahrradrahmen und ist aus diesem Grunde bei einem Sturz bruchgefährdet.
• In der DE000010339207B4 und DE102010051727A1 sind beispielsweise Getriebe dargestellt, die ebenfalls am Tretlager angeordnet sind und deswegen die Nachteile der Kettenschaltung und der Nabenschaltung nicht innehaben. Weitere Nachteile des Stands der Technik sind ebenfalls in der DE102004045364B4 ausführlich beschrieben.
• Falls nun jedoch bereits in der Nähe des Tretlagers ein elektrisches Antriebssystem angeordnet ist, verbleibt wenig Bauraum für einen mögliches Schaltgetriebe. Eine Kombination von bekannten Antriebssystemen und bekannten Getriebeschaltungen in der Nähe des Tretlagers würde keine Vorteile bringen, sondern ausschließlich die Gesamtmasse des Fahrrades negativ beeinflussen. Ein hochwertiger Mittelmotor besitzt heute ein Gewicht von 3,2 kg. Eine hochwertige und teure Nabenschaltung besitzt heute ein Gewicht von 2,0 kg. Eine Hinterradnabe ohne Schaltfunktion muss zusätzlich mit eingebaut werden und besitzt eine Masse von 300 g. Die neuartige und verbesserte Getriebe-Schaltung in Kombination mit einem elektrischen Antriebssystem in der Nähe des Tretlagers sollte somit die Masse von 4,9 kg nicht überschreiten.
• Die diversen am Markt verfügbaren Schaltsysteme haben ebenfalls den Nachteil, dass sie nur bestimmte diskrete Gangstufen zulassen. Unterschiedliche Nutzer in unterschiedlichen Arbeitsbereichen benötigen jedoch unterschiedliche Schaltsprünge. Zusätzlich benötigen unterschiedliche Einsatzbereiche auch eine unterschiedliche Gesamtbandbreite des Getriebes. Ein universelles Getriebe sollte 480 bis 520 Prozent Bandbreite aufweisen. Der kleinste universelle Gang beispielsweise bei einem elektrisch betriebenen Mountainbike muss 32/50 (1/ i= 0,64) betragen. Das bedeutet, dass das Hinterrad bei jeder Kurbelumdrehung nur 32/50 des Umfangs zurücklegt. Sogenannte „speed-pedelecs“ haben eine Höchstgeschwindigkeit von 45 km/h. Falls diese schnellen Elektrofahrräder zusätzlich noch über einen kleinen Radumfang verfügen, benötigen diese Fahrzeuge eine Gesamtübersetzung 1/i von 60/10. Es gibt, insbesondere für Elektrofahrräder, kein universelles Getriebe am Markt, welches diese Anforderungen erfüllt. Alle diese Punkte können bei bestehenden Getriebekonstruktionen nicht in einem Produkt umgesetzt werden . Dieses ist als Nachteil zu werten. Es wird in diesem Text immer von einer „Gesamtübersetzung 1/i“ oder einer „Übersetzung 1/i“ gesprochen . Hiermit ist der Kehrwert der Übersetzung gemeint, die in der bekannten technischen Literatur mit dem Buchstaben i gekennzeichnet ist.
• Betrachtet man die Eigenschaften von Fahrrad-Getrieben, an denen man die Übersetzung stufenlos verstellen kann, so fällt auf, dass diese Systeme meist mit Hilfe von Reibschluss arbeiten. Hieraus resultiert der Nachteil, dass diese stufenlos verstellbaren Fahrradgetriebe ein hohes Gewicht und einen schlechten Wirkungsgrad besitzen.
• Aus der US2012/0012412A1 9 ist ein Antriebssystem bekannt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass zwei elektrisch angetriebene Motoren in der Nähe die Tretlagerwelle angeordnet sind. Innerhalb von einem Gehäuse ist ein Planetengetriebe angeordnet, wobei das Hohlrad des Getriebes den Abtrieb bildet und nur über eine Hohlwelle die Antriebsleistung auf ein Kettenrad zum Hinterrad überträgt. Man erkennt, dass kein elektrisch angetriebener Motor und seine Zwischenwellen direkt mit der Tretlagerwelle verbunden ist. Man erkennt ebenfalls, dass ein elektrisch angetriebener Motor und seine Zwischenwellen direkt mit dem Abtriebsrad verbunden ist. Dieses System hat den Nachteil, dass der Motor, der mit dem Sonnenrad verbunden ist, zum Beispiel beim Pedalieren im Wiegetritt hohe Reaktionsmomente aufnehmen muss. Beim Pedalieren im Wiegetritt entstehen Drehmomente von bis zu 250 Nm. Dieser Umstand würde sich dann wie ein leichtes „Durchrutschen“ anfühlen, da der jeweils angekoppelte Motor die Solldrehzahl nicht halten kann. Eine andere Ausdrucksweise für diesen nachteiligen Umstand wäre: Ungewollte Übersetzungsänderung bei hohen Pedalkräften durch den Radfahrer. Auch ein Aufbau gemäß DE102009045447 A1 oder gemäß DE102016224314 A1 oder gemäß DE102017219398 A1 hätte diesen Nachteil.
• Antriebssysteme gemäß EP 3 168 125 A1 und ähnlich sind heute am Markt sehr erfolgreich, weil genau ein elektrisch angetriebener Motor und seine Zwischenwellen vorzugsweise, aber nicht ausschließlich über einen Freilauf mit der Tretlagerwelle verbunden ist und dass kein elektrisch angetriebener Motor und seine Zwischenwellen direkt mit dem Abtriebsrad direkt verbunden ist. Wenn ein elektrisch angetriebener Motor direkt mit dem Abtriebsrad verbunden ist, wie in der US2012/0012412A1 9 gezeigt, so ist das als zusätzlicher Nachteil zu werten, da dieser Motor zum Beispiel bei einer starken Bergauffahrt bei geringer Drehzahl nicht am Arbeitspunkt betrieben werden kann. Er ist mittelbar ohne eine Schaltung mit dem Hinterrad verbunden und muss mit seiner Drehzahl den gesamten Bereich der Drehzahl des Hinterrads abdecken. Dieser Nachteil wird innerhalb der DE102010009649 B4 genau beschrieben und entspricht dem Nachteil eines Radnabenmotors. Ein Motor jedoch, falls er nach dem Prinzip aus EP 3 168 125 A1 mit der Tretlagerwelle verbunden ist, kann am Arbeitspunkt betrieben werden, da sich seine Drehzahl immer proportional zur Trittfrequenz des Fahrers fast an einem Punkt befindet. Die unterschiedliche Fahrgeschwindigkeit bergauf oder bergab wird bei der EP 3 168 125 A1 über die nachgelagerte Nabenschaltung oder Kettenschaltung angepasst.
• Von dieser Problemstellung ausgehend, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das elektrische Antriebssystem eines gattungsgemäßen Fahrrades zu verbessern. Die Erfindung wird im folgenden als neuartiges Getriebe-Antriebssystem bezeichnet.
• Zur Lösung der Aufgabe zeichnet sich das gattungsgemäße Fahrrad dadurch aus, dass:
1. a) sich zwei oder drei elektrisch angetriebene Motoren, eine Tretlagerwelle, , mindestens zwei Hohlwellen, mindestens zwei Motorwellen sowie alle Zwischenwellen mindestens teilweise in einem zylindrischen Bauraum befinden, der durch die Rotation der Tretkurbeln gebildet wird.
2. b) mindestens eine Zwischenwelle zwischen den Motorwellen und mindestens einer Hohlwelle angeordnet ist.
3. c) innerhalb von einem Gehäuse ein Zahnradgetriebe angeordnet ist, welches einen Steg und Planetenachsen besitzt, die auf Kreisbahnen im Gehäuse umlaufen
4. d) wobei mindestens ein Steg und mindestens eine Hohlwelle um die gleiche Drehachse rotieren und
5. e) wobei mindestens zwei Planetenräder auf einem Steg gelagert sind und
6. f) wobei mindestens eine Hohlwelle mit mindestens einem Sonnenrad oder einem Steg oder einem Hohlrad verbunden ist und
7. g) wobei mindestens ein Steg oder ein Sonnenrad oder ein Hohlrad von einem ersten Motor elektrisch mittelbar oder unmittelbar angetrieben wird und
8. h) wobei mindestens ein Steg oder ein Sonnenrad oder ein Hohlrad von einem zweiten oder einem dritten Motor elektrisch mittelbar oder unmittelbar angetrieben wird und
9. i) wobei mindestens ein Steg oder ein Sonnenrad oder ein Hohlrad in mittelbarer oder unmittelbarer Verbindung zur Tretlagerwelle steht.
• Zusätzlich ist es vorteilhaft, dass mindestens ein elektrisch angetriebener Motor und seine Zwischenwellen vorzugsweise, aber nicht ausschließlich über einen Freilauf mit der Tretlagerwelle verbunden ist und dass maximal ein Motor oder kein Motor und seine Zwischenwellen direkt mit dem Abtriebsrad verbunden ist.
• Es kann die vom Menschen aufgebrauchte Beinkraft bei Pedalieren einfach verstärkt werden , falls der neuartige Antrieb dadurch gekennzeichnet ist, dass die vom Benutzer an der Tretkurbel aufgebrachte Energie und die Energie aus einem Elektromotor gemeinsam auf einen Steg oder ein Hohlrad oder ein Sonnenrad übertragen wird.
• Ungewollte Übersetzungsänderung bei hohen Pedalkräften durch den Radfahrer und Ratterneigung im Überlagerungsgetriebe kann verhindert werden , falls mindestens ein Steg oder ein Sonnenrad oder ein Hohlrad im Überlagerungsgetriebe von einem dritten Motor elektrisch mittelbar oder unmittelbar angetrieben wird.
• Das neuartiges Getriebe-Antriebssystem kann in einer vorteilhaft kleinen Bauform gestaltet werden wenn das Sonnenrad über eine Hohlwelle mit dem Ketten- oder Riemenrad verbunden ist. Das ist auch der Fall, wenn mindestens zwei Hohlwellen koaxial zur Tretlagerwelle verlaufen. Die vorteilhaft kleine Bauform wird ebenfalls erreicht, wenn mindestens ein Steg und ein Sonnenrad und ein Hohlrad koaxial zu den mindestens zwei Hohlwellen angeordnet sind.
• Die Neuheit wird besonders robust aufgebaut, wenn mindestens eine Hohlwelle über ein Kugellager mit dem Gehäuse des neuartigen Getriebe-Antriebssystems und eine weitere Hohlwelle über ein weiteres Lager mit der Tretlagerwelle verbunden ist.
• Ein guter Schutz vor Schmutz und anderen Störgrößen wird erreicht, wenn die zwei oder drei elektrisch angetriebene Motoren, die Tretlagerwelle, die mindestens zwei Hohlwellen, die mindestens zwei Motorwellen sowie alle Zwischenwellen mindestens teilweise von einem Gehäuse umschlossen sind.
• Die Neuheit kann , eingebaut in einen Fahrradrahmen, eine kurze Hinterbaulänge am Fahrrad realisieren, falls die Achse der Tretlagerwelle und die Achse mindestens eines elektrisch angetriebenen Motors parallel und nicht koaxial zueinander angeordnet sind .
• Ein kleines Gehäuse und eine kleine Bauform kann an der Neuheit erreicht werden, falls die Achsen von mindestens zwei elektrisch angetriebenen Motoren nicht parallel zueinander angeordnet sind.
• Die Neuheit erhält mehr Sicherheit, falls die Tretlagerwelle über einen Freilauf mit mindestens einer Hohlwelle verbunden ist. In dieser Ausgestaltung ist es keinem Motor möglich, die Beine des Benutzers anzutreiben.
• Die Neuheit kann besonders leicht gestaltet werden , falls der Freilauf koaxial zur Tretlagerwelle angeordnet ist.
• Die Kurbeln des Fahrrades bleiben lange spielfrei und lassen sich leicht rückwärts drehen falls mindestens eine Hohlwelle über mindestens zwei Gleitlager oder Kugellager auf der Tretlagerwelle gelagert ist.
• Die Motoren innerhalb der Neuheit können vorteilhaft schnell elektronisch geregelt werden, wenn mindestens eine Hohlwelle , die Tretlagerwelle oder ein weiteres übertragendes Element innerhalb des Gehäuses in Verbindung mit einem Sensor steht, der ständig Signale bereitstellt, die für die Ermittlung einer Drehzahl oder eines Drehmoments benutzt werden.
• Gleiches ist vorteilhaft der Fall, wenn sich an jeder Motorwelle oder an jeder Zwischenwelle ein Sensor befindet, der Signale bereitstellt, die für die ständige Ermittlung einer Drehzahl, eines Drehwinkels oder eines Drehmoments benutzt wird.
• Die Neuheit ist vorteilhaft kompatibel zu bestehenden Rahmenkonstruktionen falls das Ketten- oder Riemenrad, welches mit einer Hohlwelle des Getriebe-Antriebssystem befestigt ist und die Energie zum Hinterrad überträgt, einen größeren Durchmesser besitzt als das Ketten- oder Riemenrad, welches an der Hinterradnabe befestigt ist.
• Die Neuheit ist in vorteilhafter Weise kompatibel zu breiten Reifen, wenn das Zugmittel, das Energie zum Hinterrad überträgt, sich in einer Ebene befindet, die mindestens 50 Millimeter von der Mittelebene des Fahrrades entfernt ist.
• Eine einfache Fertigung wird erreicht, falls die mindestens zwei Statoren , die Wicklungen besitzen, in einem Gehäuse eingebaut sind, wobei dieses Gehäuse aus einem Stück gebildet ist.
• Wenn ein Hohlrad oder ein Steg mit den Planetenrädern oder ein Sonnenrad zwei unterschiedliche Verzahnungen an einem Bauteil aufweisen, kann die Anzahl der zu fertigen Bauteile in vorteilhafter Weise reduziert werden. Gleiches ist der Fall, wenn mindestens zwei der Komponenten Hohlrad , Steg mit Planetenrädern und Sonnenrad neben den Laufverzahnungen zwei unterschiedliche Verzahnungen an einem Bauteil aufweisen.
• Im Überlagerungsgetriebe wird eine statische Bestimmtheit besonders einfach erreicht, wenn mindestens ein Hohlrad oder ein Steg oder ein Sonnenrad über ein Kugellager auf einer Hohlwelle gelagert ist.
• Gleiches ist vorteilhaft der Fall, wenn mindestens ein Hohlrad oder ein Steg oder ein Sonnenrad direkt mit einer Hohlwelle verbunden ist.
• Ein Durchrutschen bei hohen impulsartigen Drehmomenten kann innerhalb der Neuheit verhindert werden, wenn mindestens ein Steg oder ein Sonnenrad oder ein Hohlrad von mindestens einem Motor über ein nicht selbsthemmendes Getriebe elektrisch angetrieben wird und mindestens ein Steg oder ein Sonnenrad oder ein Hohlrad von einem zweiten Motor oder dritten Motor über ein selbsthemmendes Getriebe elektrisch angetrieben wird.
• Eine preisgünstige Fertigung durch Verwendung von gleichen Teilen kann erreicht werden, wenn mindestens ein Steg oder ein Sonnenrad oder ein Hohlrad innerhalb der Neuheit von mindestens einem ersten Motor über ein selbsthemmendes Getriebe elektrisch angetrieben wird und mindestens ein Steg oder ein Sonnenrad oder ein Hohlrad von einem mindestens zweiten Motor ebenfalls über ein selbsthemmendes Getriebe elektrisch angetrieben wird.
• Die Neuheit kann noch höhere Leistungen übertragen und sehr leicht gebaut werden, wenn das Sonnenrad durch ein Kronenrad gebildet wird und das Hohlrad durch ein zweite Kronenrad gebildet wird wobei beide Kronenrad-Achsen parallel oder koaxial zur Tretlagerwelle angeordnet sein sollten.
• Gleiches ist vorteilhaft der Fall, wenn auf einem Steg mindestens zwei Kronenradritzel angeordnet sind, die in Verbindung zu zwei Kronenrädern stehen.
• Ein Durchrutschen bei hohen impulsartigen Drehmomenten und elektrische Verluste durch Reibung kann innerhalb der Neuheit einfach verhindert werden, falls mindestens ein Hohlrad über einen Freilauf mit einem Steg verbunden ist oder mindestens ein Hohlrad über einen Freilauf mit einem Sonnenrad verbunden ist oder mindestens ein Steg über einen Freilauf mit einem Sonnenrad verbunden ist. Gleiches kann erreicht werden , wenn mindestens ein Hohlrad oder ein Steg oder ein Sonnenrad über einen Freilauf mit dem Gehäuse verbunden ist.
• Ein Rattern und ein hoher Verschleiß innerhalb der Neuheit kann verhindert werden , falls mindestens ein Steg oder ein Sonnenrad oder ein Hohlrad des Überlagerungsgetriebes von mindestens einem dritten Motor elektrisch angetrieben oder gebremst wird.
• Der Aufbau der Neuheit ist besonders einfach, falls die Tretlagerwelle nur in direkter Verbindung zu einem Motor oder einer Motor-Getriebeeinheit steht.
• Ein Durchrutschen bei hohen impulsartigen Drehmomenten kann besonders einfach verhindert werden , wenn mindestens ein selbsthemmendes Getriebe mit einer Schnecke und einem Schneckenrad ausgeführt sind.
• Energie kann in den Akku zurück geführt werden und ein Durchrutschen bei hohen Drehmomenten kann innerhalb der Neuheit verhindert werden , wenn mindestens einer der Motoren wenigstens zeitweise als Generator oder Bremse betrieben wird.
• Ein Rattern und ein hoher Verschleiß innerhalb der Neuheit kann verhindert werden, wenn mindestens einer der Motoren wenigstens zeitweise als Generator oder Bremse betrieben wird während alle weiteren Motoren eine Antriebsleistung erbringen .
• Es kann die vom Menschen aufgebrauchte Beinkraft bei Pedalieren einfach verstärkt werden , falls der neuartige Antrieb dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein Motor Antriebsleistung in das Element des Überlagerungsgetriebes einleitet, in welches auch die vom Benutzer des Fahrrades aufgebrachte Leistung eingeleitet wird.
• Man erhält am Fahrrad besonders einfach unterschiedliche Gangstufen , wenn ein zweiter und ein dritter Motor Antriebsleistung in die Elemente des Überlagerungsgetriebes einleitet, in welche die vom Benutzer des Fahrrades aufgebrachte Leistung nicht eingeleitet wird.
• Mit Hilfe von Zeichnungen sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Alle Darstellungen sind nur beispielhafte Ausführungen der neuartigen Konstruktion. Es zeigt:
• 1 - ein beispielhafter Aufbau eines Fahrrades in Seitenansicht von rechts mit dem elektrischen Getriebe-Antriebssystem
• 2 - ein beispielhafter Aufbau des neuartigen Getriebe-Antriebssystem inklusive Gehäuse und Tretkurbeln.
• 3 - ein beispielhafter Aufbau des neuartigen Getriebe-Antriebssystem mit teilweise aufgeschnittenen Gehäuse den Verbindungspunkten zum Fahrradrahmen.
• 4 - ein beispielhafter Aufbau des neuartigen Getriebe-Antriebssystem ohne Gehäuse.
• 5 - ein beispielhafter Aufbau der Tretlagereinheit des des neuartigen Getriebe-Antriebssystems mit zwei Schnittdarstellungen.
• 6 - ein beispielhafter Aufbau des neuartigen Getriebe-Antriebssystem ohne Gehäuse mit einen Schneckenantrieb.
• 7 - eine beispielhafte und schematische Schnittdarstellung des neuartigen Getriebe-Antriebssystems.
• 8a - sechs beispielhafte und schematische Schnittdarstellungen des neuartigen Getriebe-Antriebssystems.
• 8b - Eine beispielhafte Schnittdarstellung der Version D aus 8a
• 9 - ein beispielhafter Aufbau des neuartigen Getriebe-Antriebssystem ohne Gehäuse mit einen Schneckenantrieb und Kronenrädern in zwei Schnittdarstellungen.
• 10 - ein beispielhafter Aufbau der Tretlagereinheit des des neuartigen Getriebe-Antriebssystems mit einem Freilauf im Überlagerungsgetriebe in einer Schnittdarstellung.
• 11 - ein beispielhafter Aufbau der Tretlagereinheit des des neuartigen Getriebe-Antriebssystems mit einem Freilauf zwischen Überlagerungsgetriebe und Gehäuse in einer Schnittdarstellung.
• 12 - ein beispielhafter Aufbau des neuartigen Getriebe-Antriebssystem mit drei Motoren in einer perspektivischen und einer Schnittdarstellung.
• 13 - eine schematische Darstellung des Überlagerungsgetriebes und eine Tabelle mit möglichen Versionen.
• 1 zeigt die beispielhafte Seitenansicht eines Fahrrades mit elektrischer Unterstützung. In dem Rahmen 1 ist das neuartige Getriebe-Antriebssystem 4 mit den Tretkurbeln 5 eingebaut. Über unterschiedliche Gelenke und ein Feder-Dämpfer-Element 3 ist am Rahmen 1 eine Hinterradschwinge 2 montiert. Das Hinterrad 6 besitzt eine Nabe 7. Diese Nabe im Hinterrad ist leicht und hat keine Schaltfunktion. Das Hinterrad 6 wird vom vorderen Ketten- oder Riemenrad 9 über einen Riemen 8 angetrieben. Der Riemen 8 wird über einen Riemenspanner 10 während des Betriebs immer auf richtiger Spannung gehalten. Direkt vor dem Getriebe-Antriebssystem 4 ist der Akku 11 im Unterrohr 12 des Rahmens 1 integriert. In vorteilhafter Ausgestaltung befindet sich das neuartige Getriebe-Antriebssystem 4 ausschließlich in einem zylinderförmigen Bauraum, der durch die Rotation der Tretkurbeln A' gebildet wird.
• 2 zeigt das neuartige Getriebe-Antriebssystem 4 mit den Tretkurbeln 5 eingebaut in einer Seitenansicht von schräg hinten rechts. Hier sichtbar demontiert ohne Rahmen 1. Gut erkennbar ist die Tretlagerwelle 14 mit beidseitig aufgebrachter Steckverzahnung 15. Hier werden die Tretkurbeln 5 montiert. Die Tretlagerwelle 14 kann einteilig aber auch mehrteilig aufgebaut sein. Hiermit kann zum Beispiel die Montage vereinfacht werden. Das Getriebe-Antriebssystem 4 besitzt beispielhaft drei Verbindungsbleche 13 zum Rahmen 1. Das Ketten- oder Riemenrad 9, welches das Hinterrad 6 antreibt, ist über eine weitere Steckverzahnung auf einer Hohlwelle 16 mit einer Wellenmutter 17 befestigt. Diese neuartige Konstruktion ist in der Lage, die Drehzahl der Hohlwelle 16 in Abhängigkeit von der elektronisch eingestellten Übersetzung als Vielfaches der Drehzahl der Tretlagerwelle 14 einzustellen. Eine Kurbelumdrehung an der Tretlagerwelle 14 resultiert dann, je nach eingelegter elektronischer Gangstufe, in unterschiedlicher Umdrehungszahl an der Hohlwelle 16.
• 3 zeigt das neuartige Getriebe-Antriebssystem 4 mit einem Gehäuse 18 in einer Seitenansicht von schräg hinten links. Das Gehäuse 18 des Mittelmotors 4 besitzt Kühlrippen 19. Zusätzliche Komponenten wie der Akku 11, das Display, die Bedieneinheit zum Verstellen der Getriebeübersetzung und Unterstützungsstufe und ein Hinterraddrehzahlsensor können am Steckverbinder 20 angeschlossen werden. In dieser neuartigen Konstruktion befinden sich zwei elektromagnetische Antriebe, die meist als bürstenlose Gleichstrommotoren ausgeführt sind. Gut sichtbar in dieser Zeichnung, dass die Drehachse A des Gleichstrommotors-A 24 und die Drehachse B des Gleichstrommotors-B 25 koaxial zur Tretlagerwelle 14 angeordnet sind. Beide Statoren 26 der Gleichstrommotoren sind im Gehäuse 18 eingepresst und leiten die Wärme, die in den Kupferwicklungen 27 entsteht, nach außen ab. Der Rotor des Gleichstrommotors-A 24 ist im Gehäuse kugelgelagert und rotiert um die Achse A. Das ist in dem aufgeschnittenen Bereich sichtbar. Der Rotor des Gleichstrommotors-B 25 ist nicht sichtbar im Gehäuse kugelgelagert und rotiert um die Achse B.
• Dieser symmetrische Aufbau ist vorteilhaft, da die Fertigung vereinfacht wird und eine gute Raumausnutzung erreicht wird. Dieses führt zu einem geringen Gewicht der Gesamtkonstruktion. Diese Gleichstrommotoren können Drehzahlen von bis zu 3500 U/min erreichen. Um eine geeignete Drehzahl und ein hohes Drehmoment an Riemenrad 9 zu erreichen, sind beide Gleichstrommotoren 24, 25 im Gehäuse 18 mit Getrieben verbunden.
• 4 zeigt das neuartige Getriebe-Antriebssystem 4 ohne das Gehäuse 18 in einer Seitenansicht von schräg hinten rechts. Die Kurbeln 5 und Riemenscheibe 9 sind ebenfalls demontiert und nicht dargestellt. Die Hohlwelle 16 ist über ein Kugellager 21 auf der rechten Seite im Gehäuse 18 gelagert. Die Tretlagerwelle 14 ist über ein weiteres Kugellager 21 auf der linken Seite im Gehäuse 18 gelagert. Zwei Dichtungen 23 schützen die Lager vor Eindringen von Schmutz und Wasser. Auf der linken Seite befindet sich ebenfalls ein Kugellager 31, das die Tretlagerwelle 14 im Gehäuse lagert. Auch hier schützt eine Dichtung 32 die Konstruktion vor Schmutz und Nässe. Tritt der Benutzer des Fahrrades vorwärts in die Pedale, so wird die Sensor-Hohlwelle 29 über einen formschlüssigen Axial-Freilauf 22 eingekuppelt und angetrieben. Der Axial-Freilauf 22 wird hierbei durch die Feder 28 immer geschlossen gehalten. Tritt der Benutzer des Fahrrades rückwärts in die Pedale, so öffnet sich der Freilauf 22. Dieses ist eine wichtige Sicherheitsfunktion, damit die Motoren niemals unbeabsichtigt, zum Beispiel durch eine Störung, die Beine des Fahrers antreiben. Die linke Seite der Sensor-Hohlwelle 29 besitzt ebenfalls eine Axialverzahnung und bildet den Kontakt zum Axial-Freilauf 22.
• In dieser beispielhaften Ausführung ist der Freilauf platzsparend als formschlüssiger axial wirkender Rast-Freilauf ausgeführt. Er besitzt eine Stirnverzahnung. Je nach Einsatzzweck und Fertigungsmethode kann an dieser Stelle auch ein Klemmkörperfreilauf oder ein radial wirkender Klinkenfreilauf eingesetzt werden. Bei modernen Konstruktionen mit elektronischer Absicherung kann auch auf diesen Freilauf verzichtet werden.
• Der Drehmomentsensor 30 umschließt die Sensor-Hohlwelle 29 fast vollständig und arbeitet berührungslos nach dem Prinzip der Magnetostriktion. Er ist in der Lage, in Echtzeit ständig die vom Benutzer aufgebrachten Drehmomente beider Kurbeln an der Sensor-Hohlwelle 29 zu messen und an die Verarbeitungs-Elektronik 33 weiter zu geben. Seitlich am Drehmomentsensor 30 befindet sich zusätzlich ein Drehzahlsensor 34. Er ist in der Lage, in Echtzeit ständig die vom Benutzer aufgebrachte Kurbel-Drehzahl zu messen und an die Verarbeitungs-Elektronik 33 weiter zu geben. Die Verarbeitungs-Elektronik 33 bekommt ebenfalls ein Drehzahlsignal von Gleichstrommotor-A 24 und von Gleichstrommotor-B 25. Beide Motoren werden von unabhängigen Leistungselektroniken gespeist. Sämtliche Elektronik befindet sich auf der Platine der Verarbeitungs-Elektronik 33. Die Verbindungskabel zwischen der Verarbeitungs-Elektronik 33 und den Motoren 25 und 24 sowie dem Drehmomentsensor 30 und dem Drehzahlsensor 34 sind in dieser Zeichnung nicht dargestellt.
• Gut sichtbar in dieser Zeichnung ist, dass die Drehachse A des Gleichstrommotors-A 24 mit einem mehrstufigen Stirnradgetriebe-A 36 verbunden ist. Parallel hierzu ist die Drehachse B des Gleichstrommotors-B 25 mit einem zweiten mehrstufigen Stirnradgetriebe-B 35 verbunden. Das Antriebszahnrad-A 37 bildet den Ausgang des Stirnradgetriebes-A 36. Das Antriebszahnrad-B 38 bildet den Ausgang des Stirnradgetriebes-B 35. Beide Zahnräder besitzen nur ca. 1/10 der Maximaldrehzahl der Gleichstrommotoren und ein hohes Drehmoment. Um die Drehmomente um den Faktor 3,5 weiter zu erhöhen, steht das Antriebszahnrad-A 37 mit dem Sonneneingangsrad 40a im Eingriff. Um die Drehmomente auch am zweiten Motor um den Faktor 3,5 weiter zu erhöhen, steht das Antriebszahnrad-B 38 mit dem Hohlrad 39a im Eingriff. Die Übersetzungen sind hier nur beispielhaft gewählt. Andere Motoren-Auslegungen und Anforderungen der Nutzer können auch andere Übersetzungen erfordern. In diesem Beispiel wird folglich das Hohlrad 39a von einem ersten Motor 25 über ein Stirnradgetriebe 52 elektrisch angetrieben und ein Sonnenrad 40b wird von einem zweiten Motor 24 über ein zweites Stirnradgetriebe 52 elektrisch angetrieben.
• Es sei hier an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass anstatt der Gleichstrommotoren 24, 25 auch jede Art von Motor zum Einsatz kommen kann. Wichtig ist nur, dass eine Energie, die sich in einem Energiespeicher 11 befindet, dazu genutzt wird, innerhalb der Motoren mechanische Arbeit zu verrichten.
• Nicht sichtbar in dieser Darstellung kann sich jedoch innerhalb des Stirnradgetriebes-A 36 noch ein weiterer Freilauf befinden, der dafür Sorge trägt, dass beim Radfahren ohne elektrische Unterstützung der Gleichstrommotor-A 24 nicht unnötigerweise bewegt werden muss.
• Die Neuheit ist nicht vergleichbar mit Schaltgetrieben, die heute in Fahrrädern im Einsatz sind. Es handelt sich bei der Neuheit um eine stufenlos in der Übersetzung regelbares Überlagerungs- oder Differenzialgetriebe. Durch die Wahl von unterschiedlichen Drehzahlen an den zwei Motoren 24, 25 ist es möglich, die Trittfrequenz für den Radfahrer konstant zu halten, unabhängig von der Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Eine Schaltbarkeit unter Last ist stufenlos möglich.
• Ebenfalls ist ein Automatikbetrieb möglich. Hierzu wird, falls die Trittfrequenz des Fahrers unter einen bestimmten Wert fällt, die Übersetzung 1/i reduziert. Falls sportliche Fahrer diskrete Gangstufen benutzen wollen, so kann über die Elektronik, zum Beispiel via Handy-App, die Auswahl erfolgen und bestimmte diskrete Gangstufen definiert werden.. Dieses sind alles Vorteile der Neuheit gegenüber dem Stand der Technik.
• Um die Funktion der Neuheit näher zu verstehen, ist es notwendig, das neuartige Getriebe-Antriebssystem in Baugruppen zu zerlegen. Die Gehäuse-Baugruppe GHB umfasst das Gehäuse 18, die Verbindungsbleche 13 und die Verarbeitungs-Elektronik 33. Der Motor-Getriebe-Block-A (kurz MGA) ist in 4 gestrichelt gekennzeichnet und umfasst Rotor 53, Kupferwicklungen 27, Statoren 26, Gleichstrommotor-A 24, Antriebszahnrad-A 37 und sämtliche Wellen, Zahnräder und Gehäuseteile des Stirnradgetriebes-A 36.
• Der Motor-Getriebe-Block-B (kurz MGB) ist in 4 ebenfalls gestrichelt gekennzeichnet und umfasst Rotor, Kupferwicklungen, Stator, Gleichstrommotor-B 25, Antriebszahnrad-B 38 und sämtliche Wellen, Zahnräder und Gehäuseteile des Stirnradgetriebes-B 35.
• Die Tretlagereinheit (kurz TLE) ist in 4 ebenfalls gestrichelt gekennzeichnet und soll im Folgenden näher beschrieben werden.
• 5 zeigt ausschließlich die Tretlagereinheit TLE des neuartigen Getriebe-Antriebssystems 4. Dargestellt ist ein Schnitt durch die Längsachse der Tretlagerwelle 14 und eine isometrische Ansicht in der Schnittfläche A-B.
• In dem dargestellten Beispiel hat das Sonnenrad 40b genau 74 Zähne. Das Hohlrad 39b besitzt 138 Zähne. Wir betrachten eine Trittfrequenz von 70 U/min und definieren, dass das Hohlrad 39b in diesem Fall eine Drehzahl von null hat. Der Gleichstrommotor-B 25 steht somit still und hat eine Drehzahl von null. In diesem Fall arbeitet nur der Gleichstrommotor-A 24 zusammen mit dem Fahrer und die Abtriebsdrehzahl an der Hohlwelle 16 ist 2,86 mal kleiner als die Eingangsdrehzahl. Das wäre ein Berggang. Eine Drehzahl von null mit einem Haltemoment ist elektronisch nicht einfach zu erreichen. Deswegen sollte der Gleichstrommotor-B 25 mit langsamer Drehzahl in gleicher Richtung wie der Gleichstrommotor-A 24 laufen, damit man in diesem Fall ins Langsame mit dem Faktor 2,5 übersetzt. Bei einer Trittfrequenz von 70 würde die Hohlwelle 16 mit 28 U/min rotieren. Der Gleichstrommotor-B 25 muss jedoch immer so ein starkes Drehmoment aufweisen, dass er das Reaktionsmoment, welches über die Planetenräder 42 auf das Hohlrad 39b wirkt, aufnehmen kann. Falls man bei einem Elektrofahrrad eine typische Riemenübersetzung 1/i von 50/30 aufgebaut hat, so würde in diesem Gang bei jeder Kurbelumdrehung das Hinterrad nur das 0,66 fache des Umfangs zurücklegen. Somit entspricht die Neuheit exakt der Zielvorgabe.
• Erläuternd ist zu sagen, dass eine Riemenübersetzung 1/i von 50/30 bedeutet, dass das Riemenrad 9 fünfzig Zähne besitzt und das Riemenrad, welches sich an der Nabe 7 befindet, 30 Zähne besitzt. Riemenräder mit Zähnezahlen über 28 haben einen besonders vorteilhaften Wirkungsgrad.
• Nun betrachtet man den Fall, dass beide Motoren so von der Elektronik geregelt werden, dass das Hohlrad 39a und das Sonneneingangsrad 40a mit der gleichen Drehzahl laufen: In diesem Fall stehen die Planeten still, die Übersetzung 1/i beträgt 1 und ist somit direkt. Falls man bei einem Elektrofahrrad eine typische Riemenübersetzung 1/i von 50/30 aufgebaut hat, so würde in diesem mittleren Gang bei jeder Kurbelumdrehung das Hinterrad nur das 1,5 fache des Umfangs zurücklegen. Da in diesem Punkt keine Bewegung der Planeten stattfindet, sind die Wirkungsgrad optimal. Wir betrachten an dieser Stelle den Wirkungsgrad nur in Bezug auf den Fahrer und wollen die Verluste der vom Menschen eingespeisten Energie minimieren.
• Da der Gleichstrommotor-A 24 immer die Aufgabe hat, die Trittfrequenz des Fahrers zu halten, entspricht die Drehzahl des Sonneneingangsrades 40a immer der Trittfrequenz. Um bei gleicher Trittfrequenz (70 U/min) des Fahrers auf höhere Geschwindigkeiten zu kommen, muss nun im Fall einer hohen Übersetzung das Hohlrad 39a eine höhere Geschwindigkeit haben im Vergleich zum Sonneneingangsrad 40a. Strebt man eine Bandbreite des Getriebes von 600% an, so muss die Hohlwelle 16 mit 168 U/min rotieren. Dieses ist der Fall, wenn das Hohlrad 39a mit einer Drehzahl von 220 U/min rotiert. Dieses kann erreicht werden, wenn das Stirnradgetriebe-B 35 und das Stirnradgetriebe-A 36 unterschiedliche Übersetzungen aufweisen.
• An dieser Stelle wird deutlich, dass bei der Neuheit die Übersetzung zwischen den Kurbelumdrehung und den Umdrehungen des Hinterrades eine Funktion der zwei Motoren-Drehzahlen ist. Will man in dem gegebenen Beispiel ein maximale Trittfrequenz von 110 U/min und eine Bandbreite von 600% zulassen, so muss das Hohlrad 39a ein maximale Drehzahl von 345 U/min annehmen können. Antriebszahnrad-B 38 hätte dann eine Drehzahl von 1208 U/min. Falls der Gleichstrommotor-B 25 eine Maximaldrehzahl von 3500 U/min hätte, so wäre hier ein Stirnradgetriebe-B 35 mit einer Übersetzung i von 2,9 sinnvoll. Bei dieser maximalen Trittfrequenz von 110 U/min würde dann das Antriebszahnrad A mit 385 U/min rotieren. Falls der Gleichstrommotor-A 24 eine Maximaldrehzahl von 3500 U/min hätte, so wäre hier ein Stirnradgetriebe-A 36 mit einer Übersetzung i von 9 sinnvoll.
• Durch Drehmomentmessungen bei sportlichen Radfahrern hat man herausgefunden, dass ein Großteil der Drehmomente an der Tretlagerwelle 14 kleiner oder gleich 150 Nm betragen. Es gibt jedoch Situationen, in denen bei guter Traktion am Hinterrad 6, bei trainierten Fahrern, auch Drehmomentspitzen von bis zu 250 Nm auftreten können. Falls das neuartige Getriebe Antriebssystem 4 auch in diesem Einsatzzweck funktionieren soll, muss sichergestellt werden, dass das Reaktionsmoment, welches durch die Planetenräder 42 am Hohlrad 39a durch Drehmomentspitzen entsteht, nicht zu Drehzahlreduzierung am Hohlrad 39a führt. In diesem Punkt könnte der Gleichstrommotor-B 25 seine Solldrehzahl nicht halten. Dieser Umstand würde sich wie ein leichtes „Durchrutschen“ anfühlen. Eine andere Ausdrucksweise für diesen Umstand wäre: Ungewollte Übersetzungsänderung bei hohen Pedalkräften durch den Radfahrer. Diese schlechte Eigenschaft kann beispielsweise durch eine großzügige Dimensionierung des Gleichstrommotors-B 25 beseitigt werden. Falls die Neuheit jedoch eine geringe Masse erreichen soll, so kann die ungewollte Übersetzungsänderung bei hohen Pedalkräften durch den Radfahrer auch durch eine neuartige Konstruktion verhindert werden.
• Innerhalb der Tretlagereinheit TLE benutzt die Neuheit ein Planetengetriebe. Planetengetriebe oder Umlaufrädergetriebe sind allgemein formuliert Zahnrad- oder Reibradgetriebe, die neben gestellfesten Wellen auch Achsen besitzen, die auf Kreisbahnen im Gestell oder Gehäuse umlaufen. Dementsprechend wird zwischen den auf den gestellfesten Achsen gelagerten Zentral- oder Sonnenrädern und den auf den umlaufenden Achsen gelagerten Umlauf- oder Planetenrädern unterschieden. Die auf den umlaufenden Achsen drehenden Räder umkreisen ein zentrales Rad ähnlich wie Planeten die Sonne. Der Steg, der die umlaufenden Achsen trägt, dreht seinerseits um eine gestellfeste Achse.
• Es handelt sich bei der Neuheit um ein Planetengetriebe, welches als Drehzahl-Überlagerungsgetriebe arbeitet. Allgemein formuliert ist die Aufgabe eines Drehzahl-Überlagerungsgetriebes, die Drehzahl am Abtrieb durch eine zusätzliche Drehbewegung zu erhöhen oder zu vermindern. Diese Steuerung mit Motoren oder Getriebemotoren kann innerhalb der Neuheit wird beispielsweise über eine Schnecke mit starker Übersetzung vorgenommen werden. Die Korrektur der Winkelgeschwindigkeit kann auch bei Drehmoment am Antrieb (Tretbewegung) vorgenommen werden, wodurch Stillstand vermieden wird. Das vorteilhafte „Schalten unter Last“ wird somit möglich.
• Das Funktionsprinzip der mechanischen Drehzahl-Überlagerungsgetriebe beruht auf einem Planetengetriebe mit dem einzigen Unterschied, dass beispielsweise das Hohlrad keine feste Einheit mit dem Grundkörper bildet, sondern mit einer Korrektur-Schneckenwelle verzahnt ist. Durch Drehung dieser Schnecke dreht sich das Hohlrad des Planetengetriebes und die Abtriebsgeschwindigkeit ändert sich. Innerhalb eines elektrisch angetriebenen Fahrrades ist ein solches Drehzahl-Überlagerungsgetriebe nur dann sinnvoll, wenn mit relativ großer elektrischer Unterstützung gefahren wird, denn die Leistungsanteile, die für eine Änderung der Drehzahl an der Abtriebswelle verantwortlich sind, können ausschließlich aus dem Energiespeicher 11 entnommen werden.
• 6 zeigt das neuartige Getriebe-Antriebssystem 4 ohne das Gehäuse 18 in einer Seitenansicht von schräg hinten rechts. Die Kurbeln 5 und Riemenscheibe 9 sind ebenfalls demontiert und nicht dargestellt. Die Darstellung zeigt beispielhaft eine neuartige Konstruktion, die ungewollte Übersetzungsänderungen bei hohen Pedalkräften durch den Radfahrer verhindern kann. Die Komponenten Gleichstrommotor A 24, Tretlagerwelle 14, Hohlwelle 16, Wellenmutter 17, Steckverbinder 20, Axial-Freilauf 22, Drehmomentsensor 30 sowie das Stirnradgetriebe-A 36 mit dem Antriebszahnrad-A 37 entsprechen genau der Beschreibung aus 4 und 5. Das Antriebszahnrad-A 37 treibt das Sonneneingangsrad 40a an. Die Funktion des Überlagerungsgetriebe entspricht der obenstehenden Beschreibung.
• Will man in dem dargestellten Beispiel ein maximale Trittfrequenz von 110 U/min und eine Bandbreite von 600% zulassen, so muss das Hohlrad 39b mit dem vorzugsweise einstückig verbundenen Schneckenrad 54 eine maximale Drehzahl von 345 U/min annehmen können. Falls das Schneckenrad 54 22 Zähne besitzt, würden 22 U/min an der Schnecke 55 genau 1 U/min am Schneckenrad 54 hervorrufen. Somit würde man in dieser Ausführung einen schnelllaufenden Motor 57 benötigen, der eine Maximaldrehzahl von 7590 U/min leisten kann. Da bei dieser Ausführung die Zähne des Schneckenrades 54 sehr groß werden, sollte man in einer bevorzugten Ausführung ein Schneckenrad 54 mit mehr Zähnen verwenden.
• Eine Schnecke 55 ist eine Sonderform eines schrägverzahnten Zahnrades. Der Winkel der Schrägverzahnung ist so groß, dass ein Zahn sich mehrfach schraubenförmig um die Radachse windet. Der Zahn wird in diesem Fall als Gang bezeichnet. Eine Schnecke 55 kann man auch mehrgängig gestalten. Dieses reduziert die Übersetzung und verbessert den Wirkungsgrad.
• Innerhalb von 6 wird diese vorteilhafte Ausgestaltung dargestellt. Das Schneckenrad 54 besitzt 90 Zähne. Die Schnecke 55 ist 4-gängig ausgeführt. Eine Umdrehung an der Schnecke 55 würde das Schneckenrad genau 16 Grad weiter drehen. Eine Drehzahl von 22,5 U/min an der viergängigen Schnecke 55 würden am Schneckenrad 54 eine Drehzahl von 1 U/min hervorrufen. Somit würde man in dieser dargestellten Ausführung einen Motor 57 benötigen, der eine Maximaldrehzahl von 7590 U/min besitzt. Dieser Motor 57 benötigt weniger Drehmoment und ist deswegen im Durchmesser kleiner und etwas länger im Vergleich zum Gleichstrommotor-A 24. In der Darstellung wird ebenfalls deutlich, dass das Gehäuse in dieser Ausgestaltung kleiner ausfallen kann. In der Seitenansicht wird diese Konstruktion durch ein Rechteck mit den Kantenlängen 12cm x 19cm umhüllt. Der schnellaufende Motor 57 treibt die Schneckenwelle 58 an. Eine zweiteilige Schneckenlagerung 56, die mit dem nicht dargestellten Gehäuse verbunden ist, nimmt die entstehenden Kräfte, die an der Schnecke 55 entstehen, auf. Die Motorwelle ist über Kugellager 59 im Gehäuse gelagert. Der schnelllaufenden Motor 57 übernimmt hier die Funktion des Gleichstrommotors-B 25. Der Motor besitzt auch hier eine Motorwelle 50b. Ebenso kann man an dieser Stelle die Schneckenwelle 58 funktional als Zwischenwelle 51 bezeichnen.
• Die ungewollte Übersetzungsänderung bei hohen Pedalkräften durch den Radfahrer wird in der beispielhaften Darstellung durch den Einsatz eines selbsthemmenden Getriebe-Gliedes gelöst. Ein selbsthemmendes Getriebe steht in diesem Fall mit einem Bauteil des Planetengetriebes in Verbindung. Dieses selbsthemmende Bewegungsgetriebe kann in der Neuheit als Schneckengetriebe aber auch als Planetengetriebe, Schraubengetriebe, Kronenradgetriebe oder sehr stark schrägverzahntes Stirnradgetriebe ausgeführt sein. Man spricht beim dynamischen Einsatzfall auch von selbstbremsenden Getrieben. Als Vorteile gelten die sehr großen Übersetzungen auf kleinsten Raum in einer Stufe und durch die mögliche Selbsthemmungs-Eigenschaft die zusätzlichen Sicherheitsfunktionen der Bremsung und Sperrung einer Bewegungsrichtung unter Last mit sehr geringem Aufwand. Allgemein gesagt kann ein Antrieb über ein selbsthemmendes Getriebe eine Last bewegen, während die Last, gleichgültig wie groß sie ist, von der Abtriebsseite her nicht in der Lage ist, den abgeschalteten oder überlasteten elektrischen Antrieb zu bewegen. Dieses Konstruktionsprinzip innerhalb der Neuheit sorgt dafür, dass bei sprunghaft kurzzeitig auftretenden Drehmomenten an den Kurbeln die Drehzahl der Motorwelle 50b nahezu unverändert bleibt. Die Selbsthemmung sorgt dafür, dass sich die Verzahnung im Hohlrad 39b relativ zum Gehäuse ausschließlich in eine Richtung drehen kann. Falls beide Motoren eine elektrische Störung aufweisen, wäre in dieser beispielhaften Konstruktion somit immer gewährleistet, dass der kleinste Gang mit der kürzesten Entfaltung eingeregelt wäre. Ein Ausfall des elektrischen Systems würde somit nicht zum Durchrutschen der Pedalen führen. Der Nutzer kann das Bike noch weiter benutzen. Jedoch nur mit einer einzigen Gangstufe. Das Fahrrad kann in diesem Fall nur mit einer einzigen Übersetzung beziehungsweise Entfaltung gefahren werden.
• 7 zeigt schematisch einen beispielhaften Aufbau der Tretlagereinheit TLE. Die Komponenten Gleichstrommotor-A 24, Gleichstrommotor-B 25, Stirnradgetriebe-B 35, Stirnradgetriebe-A 36, Antriebszahnrad-A 37, Antriebszahnrad-B 38, Motorwelle an Motor-A 50a und die Motorwelle an Motor-B 50b und die Zwischenwellen 50, 50', 50" sind nicht dargestellt. Diese Bauteile sind Teil der Motor-Getriebeeinheit-A MGA und der Motor-Getriebeeinheit-B MGB, die in der Darstellung als Pfeile dargestellt zu finden sind. Die zwei auf der Tretlagerwelle 14 angeordneten Tretkurbeln 5 sind über einen Freilauf 22 mit einer Sensor-Hohlwelle 29 verbunden. Die Sensor-Hohlwelle 29 ist koaxial über Lager 60 mit der Tretlagerwelle 14 verbunden. Die vom Benutzer des Fahrrades aufgebrachten Drehmomente und Drehzahlen sind im folgenden als menschliche Energie ME bezeichnet und werden im Drehmomentsensor 30 und im Drehzahlsensor 34 gemessen und in das Sonnenrad 40b weitergeleitet. In dieser beispielhaften Ausgestaltung wird die Energie des Menschen ME in das Sonnenrad 40b eingeleitet. Parallel wird die Energie der Motor-Getriebeeinheit-A MGA über das Sonneneingangsrad 40a ebenfalls in das Sonnenrad 40b eingeleitet. Man kann deswegen feststellen, dass das neuartige Getriebe-Antriebssystem 4 dadurch gekennzeichnet ist, dass die vom Benutzer an der Tretkurbel 5 aufgebrachte Energie und die Energie aus einem Elektromotor 24, 25 immer gemeinsam auf einen Steg 43 oder ein Hohlrad 39b oder ein Sonnenrad 40b übertragen wird.
• Der Nutzer ist in der Lage am Lenker an einer Bedieneinheit eine Unterstützungsstufe einzustellen. In Abhängigkeit von der Einstellung durch den Nutzer und von den Sensorsignalen gibt die Motor-Getriebeeinheit-A MGA nun in Echtzeit kontinuierlich dem Menschen ein durch den Motor-A 24 erzeugtes Drehmoment hinzu. Diese elektrische Energie ist meist ein Vielfaches von der menschlichen Energie. Die Drehmomente und Drehzahlen werden nun über die Zähne des Sonnenrades 40b in die Planetenräder 42 eingeleitet. Die Zähne der Planetenräder 42 stützen sich in der Verzahnung des Hohlrades 39b ab. Dieses führt zu einer Rotation des Steges 43. Der Steg 43 bildet somit den Abtrieb oder den Ausgang des Überlagerungsgetriebes UG. In dieser Darstellung sind alle Elemente des Überlagerungsgetriebes UG innerhalb einer gestrichelten Linie zusammengefasst und mit UG gekennzeichnet. Der Steg 43 ist mit dem Ketten- oder Riemenrad 9 über die Hohlwelle 16 verbunden. Über eine Kette oder einen Riemen wird die Gesamtenergie GE an das Hinterrad übertragen. Die Gesamtenergie setzt sich zusammen aus der Energie, die der Fahrer mit seinen Beinen aufbringt ME zuzüglich der Energie, die durch die Motor-Getriebeeinheit-A MGA und die Motor-Getriebeeinheit-B MGB aufgebracht wird. Die Motor-Getriebeeinheit-B MGB treibt das Hohlrad 39a an. Der Energiefluss ist über Pfeile gekennzeichnet. Um die Reibung zu minimieren, sind die Planeten 42 mit Nadellagern 45 gegenüber dem Steg 43 gelagert. Ebenso ist die Hohlwelle 16 und die Tretlagerwelle 14 gegenüber dem Gehäuse 18 gelagert. Die Lagerungen des Hohlrades 39b und des Steges 43 sind zur Vereinfachung nicht skizziert. In dieser gesamten Darstellung wird deutlich, dass es unterschiedliche Möglichkeiten gibt, die Energie der zwei Motoren und die Energie des Menschen in das Überlagerungsgetriebe einzuspeisen.
• 8a zeigt schematisch beispielhafte Aufbauten der Tretlagereinheit TLE mit unterschiedlich konfigurierten Überlagerungsgetrieben UG. Jede Version der Neuheit hat bestimmte Vorteile, die im folgenden erläutert werden sollen. Auch soll in dieser Darstellung auf die Beschreibung sämtlicher Bauteile verzichtet werden, da die Bauteile optisch und schematisch den Bauteilen aus 7 entsprechen.
• Die mit 8a Version A gekennzeichnete Skizze zeigt einen beispielhaften Aufbau der Tretlager-Einheit TLE mit einem Überlagerungsgetriebe UG wie bereits in 6 beschrieben. Deutlich sichtbar ist hier das Hohlrad 39b mit einem Schneckenrad 54 verbunden und durch die Schnecke 55 angetrieben. Die Vorteile wurden bereits obenstehend dargelegt. Der Drehmomentsensor 30 und der Drehzahlsensor 34 befinden sich hier, wie in 6, hinter dem Freilauf 22 angeordnet. Es ist für die Neuheit nicht von Wichtigkeit an welcher Stelle der Freilauf, der Drehmomentsensor oder der Drehzahlsensor angeordnet ist. Er kann auf allen Bauteilen angeordnet sein, durch die die vom Menschen aufgebrauchte Energie ME durchgeleitet wird.
• Die mit 8a Version B gekennzeichnete Skizze zeigt einen beispielhaften Aufbau der Tretlager-Einheit TLE mit einem Überlagerungsgetriebe UG wie bereits in 7 und 8 Version A beschrieben. Der Drehmomentsensor 30 und der Drehzahlsensor 34 befindet sich hier jedoch vor dem Freilauf 22 angeordnet. Es ist für die Neuheit nicht von Wichtigkeit, an welcher Stelle der Freilauf angeordnet ist. Ebenso ist es für die Neuheit nicht von Wichtigkeit, ob nur eine einzelne Motor-Getriebeeinheit mit einem selbsthemmenden Getriebe aufgebaut ist oder ob beide Motor-Getriebeeinheiten (MGA und MGB) selbsthemmend aufgebaut sind. In der Darstellung 8 Version B treibt die Motor-Getriebeeinheit MGA mit Hilfe einer Schnecke 55 ein Schneckenrad 54 an. Dieses ist dann mit dem Sonnenrad 40b verbunden. Parallel angeordnet zeigt die Motor-Getriebeeinheit B MGB hier das Hohlrad 39b mit einem Schneckenrad 54 verbunden und wird durch die Schnecke 55 angetrieben. Falls beide Motor-Getriebeeinheiten gleich aufgebaut sind, so hat dieses Kostenvorteile im Einkauf und in der Fertigung.
• Die mit 8a Version C gekennzeichnete Skizze zeigt einen beispielhaften Aufbau der Tretlager-Einheit TLE mit einem Überlagerungsgetriebe UG wie obenstehend beschrieben. Der Abtrieb wird hier jedoch durch das Sonnenrad 40b gebildet und ist mit der Hohlwelle 16 und dem Riemenrad 9 verbunden. Die menschliche Energie ME und die Energie der Motor-Getriebeeinheit-A MGA werden am Steg 43 zusammengefasst und bilden den Antrieb oder den Eingang des Überlagerungsgetriebes. Wie auch in den bereits beschriebenen Versionen wird die variabel einstellbare Übersetzung des neuartigen Getriebe-Antriebssystems 4 dadurch erreicht, dass das Hohlrad 39b mit einer Differenzdrehzahl zum Sonnenrad 40b angetrieben wird. Beispielhaft zeigt die Berechnung bei einer Eingangsdrehzahl von 70 U/min bei einem Sonnenrad mit 74 Zähnen und einem Hohlrad mit 138 Zähnen, dass das Sonnenrad mit 201 U/min rotiert, wenn das Hohlrad 39b still steht. Diese Übersetzung 1/i von 2,87 ins Schnelle tritt bei dieser Version immer dann auf, wenn die Motoren abgeschaltet sind oder die Energiespeicher leer sind und die Schnecke die Bewegung des Hohlrades hemmt. Kombiniert man diese Version mit einer Riemenübersetzung 1/i von 50/30, so würde man eine Gesamtübersetzung 1/i von 4,78 erhalten. Diese wäre für Mountainbikes ein guter „Schnellgang“. Eine Bewegung des Hohlrades durch die Motor-Getriebeeinheit-B MGB über das Schneckenrad kann in dieser Version auf der einen Seite die Ausgangsdrehzahl erhöhen, falls die Drehrichtung umgekehrt ist, wie die Drehrichtung des Sonnenrades. Wird das Hohlrad mit der gleichen Drehrichtung bewegt, so reduziert sich die Ausgangsdrehzahl. Theoretisch kann auf diese Weise die Ausgangsdrehzahl bis auf null reduziert werden. Dieses ist jedoch nicht sinnvoll, da die kürzeste Übersetzung 1/i, die zum Beispiel ein Mountainbiker sinnvollerweise benötigt, nur maximal 2,5 ins Langsame beträgt. Diese Version C ist in Bezug auf den Wirkungsgrad vorteilhaft für „S-Pedelecs“, da diese Fahrräder meist mit hoher Geschwindigkeit gefahren werden. Da das Sonnenrad 40b einen ähnlichen Durchmesser hat wie die Hohlwelle 16, so ist eine einfache und kostengünstige einstückige Fertigung dieser Bauteile möglich. Es ist folglich vorteilhaft gegenüber dem Stand der Technik, wenn das Getriebe-Antriebssystem 4 dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Sonnenrad 40b über eine Hohlwelle 16 mit einem Ketten- oder Riemenrad 9 verbunden ist. Die Hohlwelle 16 ist auch dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Außenverzahnung als Steckverzahnung 15 besitzt, um das Ketten- oder Riemenrad 9 aufzunehmen.
• Die mit 8a Version D gekennzeichnete Skizze zeigt einen beispielhaften Aufbau der Tretlager-Einheit TLE mit einem Überlagerungsgetriebe UG wie obenstehend beschrieben. Der Abtrieb wird auch hier wie in 8a Version C durch das Sonnenrad 40b gebildet und ist mit der Hohlwelle 16 und dem Riemenrad 9 verbunden . Die menschliche Energie ME und die Energie der Motor-Getriebeeinheit-A MGA werden hier jedoch am Hohlrad 39b zusammengefasst und bilden den Antrieb oder den Eingang des Überlagerungsgetriebes. Die variabel einstellbare Übersetzung 1/i des neuartigen Getriebe-Antriebssystems 4 wird dadurch erreicht, dass der Steg 43 sich mindestens mit der gleichen Drehzahl in der gleichen Drehrichtung bewegt, wie das Hohlrad 39b. Sobald der Steg mit einer geringeren Geschwindigkeit wie das Hohlrad rotiert, würde der Abtrieb rückwärts drehen. Gleiches tritt auf, falls die Motor-Getriebeeinheit-B ausfällt. Das ist ein Nachteil.
• In 8b soll eine Version der Neuheit beschrieben werden, welche diesen Nachteil aus dem Weg räumt. Es ist sinnvoll bei dieser Version mehrere Doppelplaneten 63 einzubauen, die die Drehrichtung am Sonnenrad 40b wieder umkehren. Die variabel einstellbare Übersetzung des neuartigen Getriebe-Antriebssystems 4 mit Doppelplaneten 63, ähnlich dem Ravigneaux Getriebe, wird dadurch erreicht, dass der Steg 43 sich relativ zum Hohlrad 39b bewegt. Am Steg ist ein Rechts- oder Linkslauf möglich, um die unterschiedlichen Übersetzungen einzustellen. Beispielhaft zeigt eine Berechnung, dass bei einer Eingangsdrehzahl von 70 U/min, bei einem Sonnenrad 40b mit 74 Zähnen und einem Hohlrad 39b mit 138 Zähnen das Sonnenrad 40b mit 130,5 U/min rotiert, wenn der Steg 43 still steht. Alle Doppelplaneten haben dann die gleiche Anzahl von Zähnen. Diese Übersetzung 1/i von 1,86 ins Schnelle (i=1/1,86) tritt bei dieser Version immer dann auf, wenn die Motoren abgeschaltet sind oder die Energiespeicher leer sind und die Schnecke 55 die Bewegung des Stegs 43 hemmt. Das Planetengetriebe arbeitet in diesem Moment als Standgetriebe. Kombiniert man diese Version mit einer Riemenübersetzung 1/i von 50/30, so würde man auf eine Gesamtübersetzung 1/i von 3,1 erhalten. Im Vergleich zur 8a Version A oder C ist diese Konstruktion gemäß 8b immer dann anzustreben, wenn gewünscht wird, dass das Fahrrad auch ohne elektrische Unterstützung eine gut nutzbare einzelne Getriebestufe in der Mitte der Bandbreite bereitstellt.
• Die mit 8a Version E gekennzeichnete Skizze zeigt einen beispielhaften Aufbau der Tretlager-Einheit TLE mit einem Überlagerungsgetriebe UG wie obenstehend in der Version C beschrieben. Der Abtrieb wird hier jedoch durch das Sonnenrad 40b gebildet und ist mit der Hohlwelle 16 und dem Riemenrad 9 verbunden. Die menschliche Energie ME und die Energie der Motor-Getriebeeinheit-A MGA werden am Steg 43 zusammengefasst und bilden den Antrieb oder den Eingang des Überlagerungsgetriebes. Wie auch in den bereits beschriebenen Versionen wird die variabel einstellbare Übersetzung des neuartigen Getriebe-Antriebssystems 4 dadurch erreicht, dass das Hohlrad 39b mit unterschiedlichen Differenzdrehzahlen relativ zum Steg 43 angetrieben wird. Diese Version E hat den Vorteil, dass durch Variation der Zähnezahlen an dem Stufenplaneten 61 der Wirkungsgrad und die nutzbare Übersetzung in Relation zueinander eingestellt werden kann. In diesem Beispiel arbeitet die Seite des Stufenplaneten, die weniger Zähne besitzt, in Kontakt mit dem Sonnenrad 40b. Die Seite des Stufenplaneten, die mehr Zähne besitzt, ist in Kontakt mit dem Hohlrad 39b. Betrachtet man die gesamte Betriebszeit eines Fahrrades, so lassen sich Zeiträume aufsummieren, in denen der Fahrer in den unterschiedlichen Gangstufen unterwegs ist. Der Wirkungsgrad ist an der Übersetzung zu optimieren, in der der Nutzer die längste Zeit fährt. Zusätzlich muss in allen anderen Gängen der Wirkungsgrad so hoch sein, dass keine signifikante Reduzierung der Reichweite durch übermäßigen Stromverbrauch durch beide Motoren zu erwarten ist. Hierzu bietet sich dem Konstrukteur auch die Möglichkeit die Anordnung des Stufenplaneten 61 zu spiegeln oder/und mit anderen Versionen A-F zu variieren. Alle diese Kombinationen sind innerhalb der Neuheit möglich.
• Innerhalb der DE102017219398 A1 wird immer mindestens ein Sonnenrad von einem Motor angetrieben. Dieses ist nachteilig, da sich das Sonnenrad immer innen im Planetengetriebe befindet und die Drehmomentübertragung von einem Motor über Zwischenwellen von außen aufwändig und schwer ist. Den gleichen Nachteil besitzt auch ein Aufbau gemäß DE102009045447 A1 . Die Neuheit ist, wenn sie besonders einfach ohne Stufenplaneten aufgebaut ist, vorteilhafterweise immer dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenrad 40b als Abtrieb mittelbar oder unmittelbar mit einem Ketten- oder Riemenrad 9 verbunden ist und niemals von einem der Motoren angetrieben wird.
• Die mit 8a Version F gekennzeichnete Skizze zeigt einen beispielhaften Aufbau der Tretlager-Einheit TLE mit einem Überlagerungsgetriebe UG wie obenstehend in den unterschiedlichen Versionen beschrieben. Die menschliche Energie ME und die Energie der Motor-Getriebeeinheit-A MGA werden am Steg 43 zusammengefasst und bilden den Antrieb oder den Eingang des Überlagerungsgetriebes. In dieser Version wird die variabel einstellbare Übersetzung des neuartigen Getriebe-Antriebssystems 4 dadurch erreicht, dass das Hohlrad 39b mit unterschiedlichen Differenzdrehzahlen relativ zum Steg 43 angetrieben wird. Der Abtrieb wird hier jedoch nicht durch ein Sonnenrad, sondern durch ein zweites Hohlrad 62 gebildet. Dieses ist mit der Hohlwelle 16 und dem Riemenrad 9 verbunden. Im Vergleich zur Version E erhält man mit der Version F weitere Möglichkeiten die Übersetzungen und die Drehzahlen der Motoren an den Arbeitspunkt anzupassen.
• Innerhalb der Neuheit können alle Zahnräder eine Gerad- oder Schrägverzahnung aufweisen. Auch können die dargestellten Versionen mit Kronenrädern oder Kegelrädern ausgeführt sein. Auch müssen die Drehachsen und Achswinkel der Elemente des Planetengetriebes nicht parallel zueinander ausgeführt sein.
• Ein Kronenradgetriebe ist ein Winkelgetriebe, bei dem ein Zylinderrad (Kronenradritzel) mit einem Kronenrad zusammenwirkt. Dabei kann das Ritzel, ohne Einfluss auf Tragbild oder Zahnspiel, in axialer Richtung frei über die Kronenradverzahnung bewegt werden. Im folgenden soll eine beispielhafte Ausgestaltung der Neuheit mit einem Kronenradgetriebe als Planetengetriebe beschrieben werden, da dieser Aufbau viele Vorteile in sich trägt.
• 9 zeigt beispielhaft das neuartige Getriebe-Antriebssystem 4 ohne das Gehäuse 18 in einer Seitenansicht von schräg hinten rechts und eine isometrische Ansicht in der Schnittfläche durch die Mittelebene des Steges 43. Die Kurbeln 5, Wellenmutter 17 und die Riemenscheibe 9 sind ebenfalls demontiert und nicht dargestellt. Gezeigt ist ein vertikaler Schnitt durch die Tretlagerwelle 14. Die Tretlagerwelle 14 ist auf der linken Seite über ein Kugellager 31 im Gehäuse 18 gelagert. Eine Dichtung 32 schützt das System vor eindringendem Schmutz. Ein Freilauf 22 kuppelt eine Sensor-Hohlwelle 29 immer dann aus, wenn die Tretlagerwelle 14 langsamer in Richtung X dreht als die Sensor-Hohlwelle 29. Der Freilauf 22 kuppelt somit aus, wenn der Fahrer des Fahrrades plötzlich rückwärts tritt. An der Sensor-Hohlwelle 29 wird von dem Drehmomentsensor 30 und dem Drehzahlsensor 34 während der Fahrt ständig die Signalinformation über Drehzahl und Drehmoment verarbeitet und an die nicht dargestellte Verarbeitungs-Elektronik 33 weiter geleitet. Die Sensor-Hohlwelle 29 ist axial und radial über Gleitlager 41 und Stützhülse 48 gegenüber der Tretlagerwelle 14 gelagert. Auf der Abtriebsseite ist die Hohlwelle 16 mit einem zweireihigem Kugellager 64 auf der Tretlagerwelle 14 gelagert und über eine Dichtung 23 abgedichtet. Zusätzlich ist die Hohlwelle 16 über ein weiteres Kugellager 21 im Gehäuse 18 gelagert. Die Hohlwelle 16 ist mit dem Kronenrad 65 verbunden. Der Steg 43 dieses Kronenrad-Überlagerungs-Getriebes ist fest mit der Sensor-Hohlwelle 29 verbunden und bildet den Eingang. Das zweite Kronenrad 66 ist im Überlagerungsgetriebe über einem Kugellager 21 auf der Sensor-Hohlwelle 29 gelagert. Innerhalb des Steges 43 befinden sich sechs Kronenradritzel 67 über dem Umfang angeordnet. Die Kronenradritzel 67 sind über Nadellager 45 und Nadellagerachsen 46 im Steg 43 gelagert. Der Gleichstrommotor-A 24 treibt über eine oder mehrere Zwischenwellen 51, 51' und 51" das Antriebszahnrad-A 37 an. Das Antriebszahnrad-A 37 übergibt hier aus der Motor-Getriebeeinheit-A MGA die elektrische Leistung auf das Zahnrad 68. Das Zahnrad 68 ist fest mit dem Steg 43 verbunden. Der Gleichstrommotor-B 25 treibt über mindestens eine Zwischenwelle 51 ein selbsthemmendes Getriebe an, welches mit dem Kronenrad 66 im Überlagerungsgetriebe verbunden ist. In dieser Darstellung treibt der Gleichstrommotor-B 25 über genau eine Zwischenwelle 51 die Schnecke 55 an, die mit dem Schneckenrad 54 im Eingriff steht. Zwischenwelle 51 und Schnecke 55 können auch einstückig gefertigt sein. Falls das Schneckenrad 54 stillsteht, zum Beispiel bei vollständiger Akkuentladung, ist die Abtriebsdrehzahl an der Hohlwelle 16 immer doppelt so hoch wie an der Tretlagerwelle 14. Kombiniert man diese Ausführung mit einer Riemenscheibe 9 mit 42 Zähnen, die an der Hohlwelle 16 befestigt ist und einer Riemenscheibe 9 mit 28 Zähnen, die am Hinterrad befestigt ist, so erreicht man eine sehr kleine, leichte und vorteilhafte Ausführung mit einer Gesamtübersetzung 1/i von 3 ins Schnelle bei Stillstand des Kronenrades 66 im Überlagerungsgetriebe. Der Gleichstrommotor-B 25 kann in dieser Ausführung in beide Drehrichtungen sinnvoll arbeiten. Falls das Schneckenrad 54 in Relation zur Tretlagerwelle 14 in gleichem Drehsinn aber nicht schneller rotiert, so werden in dieser Ausführung stufenlos verstellbare Übersetzungen 1/i von 1,0 bis 2,0 ins Schnelle erreicht. Falls das Schneckenrad 54 in Relation zur Tretlagerwelle 14 in gleichem Drehsinn und schneller rotiert, so werden in dieser Ausführung stufenlos verstellbare Übersetzungen 1/i unterhalb von 1,0 ins Langsame erreicht. Falls das Schneckenrad 54 in Relation zur Tretlagerwelle 14 rückwärts rotiert, so werden verstellbare Übersetzungen oberhalb von 2,0 ins Schnelle realisiert. In der Darstellung wird weiterhin der Vorteil dieser Konfiguration deutlich: Sämtliche Kräfte werden über großzügig dimensionierte Kugellager aufgefangen und die Konstruktion hat eine geringe Masse. Selbst höchste Drehmomente können über die 6 Kronenradritzel 67, die sich im Steg 43 befinden, dauerhaltbar übertragen werden.
• In dieser Sonderform eines Planetengetriebes wird das Sonnenrad 40b durch das Kronenrad 65 am Abtrieb ersetzt. Das Hohlrad 39a wird durch das zweite Kronenrad 66 im Überlagerungsgetriebe ersetzt. Die Planetenräder 42 werden durch die Kronenradritzel 67 ersetzt. Man erkennt auch hier, dass die Neuheit dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein elektrisch angetriebener Motor 24, 25, 25' und seine Zwischenwellen 51, 51' vorzugsweise über einen Freilauf 22 mit der Tretlagerwelle 14 über den Steg 43 und die Sensor-Hohlwelle 29 verbunden ist und dass keiner der elektrisch angetriebenen Motoren 24, 25, 25' und seiner Zwischenwellen 51, 51' direkt mit dem Abtriebsrad 9 direkt verbunden ist. Die elektrisch angetriebenen Motoren 24, 25, 25' und seine Zwischenwellen 51, 51' sind nur indirekt über die Elemente des Überlagerungsgetriebes mit dem Abtriebsrad 9 verbunden. Die Elemente des Überlagerungsgetriebes sind in diesem Fall das Kronenrad am Abtrieb 65, das Kronenrad 66, die Kronenradritzel 67 und der Steg 43.
• 10 zeigt ausschließlich die Tretlagereinheit TLE des neuartigen Getriebe-Antriebssystems. Die Bauteile der Tretlagereinheit TLE sind hier innerhalb einer Strich-Punkt-Punkt-Linie zu erkennen. Das Überlagerungsgetriebe UG ist eine Unterbaugruppe der Tretlagereinheit TLE. Die Bauteile des Überlagerungsgetriebes UG sind hier innerhalb einer gestrichelten Linie zu erkennen. Alle nicht weiter bezeichneten Elemente innerhalb dieser Darstellung sind baugleich mit der Darstellung aus 5 und 9. Über die Sensor-Hohlwelle 29 werden die Drehmomente in das Überlagerungsgetriebe UG in den Steg 43 eingeleitet. Von dort wird die Energie über die Planetenräder 42, die hier als Kronenradritzel 67 ausgeführt sind, auf das Kronenrad 65 abtriebsseitig auf die Hohlwelle 16 geleitet. Die Motor-Getriebeeinheit-A MGA unterstützt den Fahrer synchron in der Drehzahl und gibt dem Fahrer zusätzliches Drehmoment über das Zahnrad 68, welches sich am Steg 43 befindet. Die Motor-Getriebeeinheit-B MGB ist hier, ähnlich wie in 4 und 5 dargestellt, über ein Zahnrad 70 in nicht selbsthemmender Ausführung mit dem Kronenrad 66 verbunden und speist zusätzlich Energie in das Überlagerungsgetriebe ein.
• Wie schon vorab beschrieben, können große impulsartige, durch den Menschen aufgebrachte Drehmomente dazu führen, dass die über die Planeten 42 auf das Kronenrad 66 wirkenden Reaktionsmomente zu einer Drehzahlreduzierung an der Motor-Getriebeeinheit-B MGB führen. Verhindert man jedoch mit Hilfe eines Überholfreilaufs 69, dass die Drehzahl am Zahnrad 70 größer werden kann als die Drehzahl am Steg 43, so kann die Abtriebsdrehzahl nicht kleiner als die Antriebsdrehzahl werden. In dieser Konstruktion ist die minimale Übersetzung 1/i genau 1. Der Freilauf 69 sorgt dafür, dass hohe vom Fahrer aufgebrachte Drehmomentspitzen, die immer versuchen das Zahnrad 70 in „Tretrichtung“ zu beschleunigen, das Zahnrad 70 nur maximal bis zur Drehzahl des Stegs 43 anheben können. Die Veränderung der Motordrehzahl an der Motor-Getriebeeinheit-B MGB führt zu einer automatischen Reduzierung der Übersetzung 1/i bis zum Wert 1. Da ja der kleinste universelle Gang beispielsweise bei einem elektrisch betriebenen Mountainbike 32/50 (1/ i= 0,64) betragen sollte, muss in einer solchen Konstruktion die Riemenscheibe 9 32 Zähne besitzen und die Hinterradnabe 7 beispielsweise mit 50 Zähnen ausgestattet sein. Im Vergleich zu einer Konstruktion mit einem selbsthemmenden Getriebe-Element hat diese Umsetzung mit Hilfe einen Freilaufes weniger Reibungsverluste. Es ist für die Neuheit nicht von Wichtigkeit, an welcher Stelle der Freilauf innerhalb des Überlagerungsgetriebes angeordnet ist. Es ist lediglich wichtig, dass mindestens zwei Bauteile im Überlagerungsgetriebe UG über einen Freilauf miteinander verbunden sind. Die ungewollte Übersetzungsänderung bei hohen Pedalkräften durch den Radfahrer wird in der beispielhaften Darstellung durch den Einsatz eines Freilaufs 69 zwischen zwei Bauteilen im Überlagerungsgetriebe UG gelöst. Der Freilauf 69 kann über Formschluss oder Reibschluss ein Drehmoment nur in einer Drehrichtung übertragen und sollte geräuscharm ausgestaltet sein.
• 11 zeigt ausschließlich die Tretlagereinheit TLE des neuartigen Getriebe-Antriebssystems 4. Die Bauteile der Tretlagereinheit TLE sind hier innerhalb einer Strich-Punkt-Punkt-Linie zu erkennen. Das Überlagerungsgetriebe UG ist eine Unterbaugruppe der Tretlagereinheit TLE. Die Bauteile des Überlagerungsgetriebes UG sind hier innerhalb einer gestrichelten Linie zu erkennen. Alle nicht weiter bezeichneten Elemente innerhalb dieser Darstellung sind baugleich mit der Darstellung aus 11. Im Gegensatz zur 10 ist hier jedoch kein Freilauf 69 zwischen Elementen des Überlagerungsgetriebes angeordnet. Der Freilauf 69 befindet sich hier beispielhaft zwischen dem Gehäuse 18 und dem Zahnrad 70. Der Freilauf 69 sorgt dafür, dass sich das Kronenrad 66 nur rückwärts drehen kann. Es kann nicht die Drehrichtung des Stegs 43 einnehmen. Falls die Akkus bei dieser Konstruktion leer sind und beide Motor-Getriebeeinheiten MGA und MGB keine Energie in das Überlagerungsgetriebe UG einspeisen können, stützt sich während der Tretbewegung das Kronenradritzel 67 über das Kronenrad 66 am Gehäuse 18 ab. Die Hohlwelle 16 rotiert in diesem Fall doppelt so schnell wie die Tretlagerwelle 14. Vorteilhaft ist an dieser Ausgestaltung, dass hohe Reibungsverluste in einem selbsthemmenden Getriebe-Element und Ratterschwingungen vermieden werden können. Ein zusätzlicher Vorteil ist, daß beide Motor-Getriebeeinheiten MGA und MGB nur in einer Drehrichtung betrieben werden müssen. Innerhalb dieser Ausgestaltung der Neuheit sind auch Kombinationen mit Überlagerungsgetrieben gemäß 8a Version A bis Version F möglich. Die Neuheit ist dann dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hohlrad 39a oder ein Steg 43 oder ein Sonnenrad 40b über einen Freilauf 69 mit dem Gehäuse 18 verbunden ist.
• Bei selbsthemmenden bzw. selbstbremsenden Getrieben ist der sogenannte Hubbetrieb in den meisten Fällen unproblematisch, eine Last wird gehoben und wirkt der Bewegungsrichtung entgegen. Hubbetrieb tritt bei den vorgestellten Konstruktionen immer dann auf, wenn der Fahrer und beide Motor-Getriebeeinheiten MGA und MGB gegen die Last am Hinterrad arbeiten. Dagegen können beim Senkbetrieb, die Last wirkt in Richtung der Bewegung, die sogenannten Ratterschwingungen auftreten. Rattern ist ein grundsätzlich nichtlineares Schwingungsproblem von allen selbstbremsenden Getrieben. Die Ratterschwingungen sind wegen des Festkörpers-Kontaktes in der Stoßphase mit erhöhter Geräuschemission und mit erhöhtem Verschleiß verbunden. Der erhöhte Verschleiß reduziert letztendlich die Lebensdauer des Getriebes. Innerhalb der Neuheit tritt dieses Problem immer dann auf, falls einer der beiden beide Motor-Getriebeeinheiten MGA und MGB in zwei Drehrichtungen betrieben werden muss, um die gesamte und angestrebte Übersetzungsbandbreite zu erreichen.
• 12 zeigt beispielhaft das neuartige Getriebe-Antriebssystem 4 teilweise mit dem Gehäuse 18 in einer Seitenansicht von schräg hinten rechts ähnlich 9. Zusätzlich zeigt die Darstellung das funktionelle Schema des Getriebe-Antriebssystem 4 mit einem einen Längsschnitt durch die Tretlagerwelle 14. Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß die Position der Motoren 25 und 25' in der Schnittdarstellung rein schematisch gewählt wurde und nicht der isometrischen Darstellung entspricht. Eine Motorwelle 50A des elektrischen Hilfsantriebs und mindestens eine der diversen Zwischenwellen 51, 51', 51" befinden sich in Fahrtrichtung des Fahrrades vor und über der Tretlagerwelle 14 . Eine Hohlwelle 16 besitzt eine Drehachse , die parallel zur Tretlagerwelle 14 angeordnet ist. Ebenso steht die Hohlwelle 16 über eine Steckverzahnung 15 in Verbindung mit einem Ketten- oder Riemenrad 9, welches in dieser Darstellung ausgeblendet ist. Alle Bauteile befinden sich vollständig in einem zylindrischen Bauraum, der durch die Rotation der nicht dargestellten Tretkurbeln gebildet wird. Auch die Motoren 25 und 25' besitzen hier eine kurze Zwischenwelle 51', die zwischen den Motorwellen 50B, 50B' und den weiteren ein Drehmoment übertragenden Bauteilen sitzt und das Drehmoment innen bis zur Hohlwelle 16 weiter leitet. Ähnlich 11 ist innerhalb von einem Gehäuse 18 ein Zahnradgetriebe angeordnet, welches einen Steg 43 und Planetenachsen 46 besitzt, die auf Kreisbahnen im Gehäuse umlaufen. Der Steg 43 und mindestens eine Hohlwelle 16 und 29 rotieren um die gleiche Drehachse. Der Steg 43
  und die Planetenräder 42, die als Kronenradritzel 67 ausgeführt sind , befinden sich auf einem Steg 43 gelagert. Die Hohlwelle 16 steht mit dem Sonnenrad 40b, welches hier als Kronenrad 65 am Abtrieb ausgeführt ist, in Verbindung. Der Steg 43 wird über ein Zahnrad 70 von einer ersten Motor-Getriebe-Einheit MGA mittelbar angetrieben. Das Hohlrad 39a wird hier durch ein weiteres Kronenrad 66 gebildet und von weiteren zwei Motoren 25 und 15' elektrisch angetrieben. Die Verwendung von zwei Motoren 25 und 25' oder zwei Motor-Getriebe Einheiten MGB und MGB' zusätzlich zu der dargestellten Motor-Getriebe Einheit A MGA hat viele Vorteile. Die vorab beschriebene Problematik der Ratterschwingungen kann verhindert werden , wenn das Zahnrad 70 als Bauteil des Überlagerungsgetriebes von mindestens zwei schrägverzahnten Ritzeln 71, 71' angetrieben wird. Hierbei ist es wichtig, daß in Momenten der Ratterneigung jeweils einer der zwei Motoren 25, 25' als Generator oder Bremse arbeitet, um Spiel in der Verzahnung zu eliminieren. Somit werden die Schwingungen vermieden. Kein Bauteil des Überlagerungsgetriebes ist in dieser beispielhaften Ausführung über einen Freilauf 69 mit dem Gehäuse 18 verbunden. Falls mindestens einer der zwei Motoren 25, 25' als Generator oder Bremse arbeitet, kann das Zahnrad 70 sehr präzise und laufruhig durch die elektronische Motorsteuerung mit hohem Drehmoment in beide Drehrichtungen arbeiten. Dieses ist als Vorteil zu werten. Ein weiterer Vorteil ist die gute Ausnutzung des gegebenen Bauraums und das geringe Gewicht. Die elektronische Regelung beider Motoren 25 und 25' in Echtzeit kann zusätzlich das schon beschriebene Problem der ungewollte Übersetzungsänderung bei hohen Pedalkräften durch den Radfahrer innerhalb der Neuheit lösen. Es ist für die Neuheit unerheblich , wo der dritte Motor 25' zusätzlich zu den bestehenden zwei Motoren 24 und 25 zeitweilig als Motor und zeitweilig als Generator arbeitet. Man kann jedoch zusammenfassend sagen , dass es vorteilhaft ist, wenn mindestens ein Steg 43 oder ein Sonnenrad 40b oder ein Hohlrad 39a des Überlagerungsgetriebes von einem dritten Motor elektrisch angetrieben oder gebremst wird . Zusätzlich muß die Bedingung erfüllt sein, daß die Tretlagerwelle 14 nur in direkter Verbindung zu einem Motor 24 oder einer Motor-Getriebeeinheit A MGA steht Es ist ebenfalls für die Neuheit unerheblich, mit welcher Art von Verzahnung die zwei oder drei Motoren innerhalb des neuartigen Getriebe-Antriebssystems Drehmomente in das Überlagerungsgetriebe einleiten oder mit welcher Art von Verzahnung diese weitergeleitet werden.
• 13 zeigt schematisch ausschlieslich die Elemente des Überlagerungsgetriebes. Das Sonnenrad 40b, die Hohlrad 39b, den Steg 43 und die Planetenräder 42 . Die Leistung, die das Hohlrad 39b entweder von außen eingeprägt bekommt oder nach außen abgibt, ist hier mit einem Doppelpfeil 72 gekennzeichnet. Die Leistung, die der Steg 43 entweder von außen eingeprägt bekommt oder nach außen abgibt, ist hier mit einem Doppelpfeil 73 gekennzeichnet. Die Leistung, die das Sonnenrad 40b entweder von außen eingeprägt bekommt oder nach außen abgibt, ist hier mit einem Doppelpfeil 74 gekennzeichnet. Die Summe der eingeprägten Leistungen muss immer der Summe der abgegebenen Leistungen entsprechen. Generatorbetrieb an einem Motor kehrt das Vorzeichen um. Unterhalb der Skizze zeigt eine Tabelle die unterschiedlichen Konfigurationen zusammen mit den Vor- oder Nachteilen. Innerhalb der Darstellung werden zwölf unterschiedliche Beispiele der Neuheit gezeigt. Diese sind mit Version G bis S gekennzeichnet. Es wird deutlich, daß in vorteilhafter Ausgestaltung die Motor-Getriebeeinheit A MGA immer die menschliche Leistung verstärkt und den Antrieb bildet. Die Leistung des Menschen und die Leistung der ersten Motor-Getriebeeinheit A MGA wird in der Version G,H,I und K in den Steg 43 eingeleitet. Die Leistung des Menschen und die Leistung der ersten Motor-Getriebeeinheit A MGA wird in der Version L,M,N und O in das Sonnenrad 40b eingeleitet. Die Leistung des Menschen und die Leistung der ersten Motor-Getriebeeinheit A MGA wird in der Version P,Q,R und S in das Hohlrad 39b eingeleitet. Wie bereits vorangehend beschrieben , ist eine Verbindung des Hohlrades 39b mit der Tretlagerwelle 14 am Antrieb oder mit der Hohlwelle 16 am Abtrieb aufwändig, denn das Hohlrad 39b besitzt einen großen Durchmesser und die Tretlagerwelle 14 und die Hohlwelle 16 eher einen kleinen Durchmesser. Da auch das Sonnenrad 40b einen kleinen Durchmesser besitzt, ist ein Antrieb durch die zweite oder dritte Motor-Getriebeeinheit MGB und MGB' ebenfalls aufwändig. Somit sind die Versionen I,K,L,P,Q,R,S als aufwändig zu betrachten. Die Versionen N,O,P und Q benötigen einen Doppelplaneten zur Drehrichtungsumkehr. Details hierzu sind bereits in 8 Version D beschrieben worden. Falls die dritte Motor-Getriebeeinheit MGB' das gleiche Element des Überlagerungsgetriebes antreibt, welches mit dem Abtrieb verbunden ist, so hat diese dritte Motor-Getriebeeinheit MGB' über die Kette oder den Riemen 8 eine direkte Verbindung zum Hinterrad 6 und kann vor allen Dingen bei hohen Fahrgeschwindigkeiten mit hohem Wirkungsgrad arbeiten . Dieses ist bei der Version H,K,M,O,Q und S der Fall. Die Versionen G,L,M sind als vorteilhaft zu bezeichnen.
• Bezugszeichenliste

1

Rahmen

2

Hinterradschwinge

3

Feder-Dämpfer-Element

4

Getriebe-Antriebssystem; Mittelmotor

5

Tretkurbeln; Kurbeln

6

Hinterrad; Rad

7

Nabe; Hinterradnabe

8

Riemen; Zugmittel

9

Ketten- oder Riemenrad; Riemenscheibe; Abtriebsrad

10

Riemenspanner

11

Akku; Energiespeicher

12

Unterrohr

13

Verbindungsbleche

14

Tretlagerwelle

15

Steckverzahnung

16

Hohlwelle

17

Wellenmutter

18

Gehäuse

19

Kühlrippen

20

Steckverbinder

21

Kugellager

22

Axial-Freilauf; Freilauf

23

Dichtung

24

Gleichstrommotor-A; Motor

25

Gleichstrommotor-B; Motor

25'

weiterer Motor

26

Statoren

27

Kupferwicklungen

28

Feder

29

Sensor-Hohlwelle

30

Drehmomentsensor

31

Kugellager links

32

Dichtung links

33

Verarbeitungs-Elektronik

34

Drehzahlsensor

35

Stirnradgetriebe-B

36

Stirnradgetriebe-A

37

Antriebszahnrad-A

38

Antriebszahnrad-B

39a

Hohlrad

39b

Hohlrad , Verzahnung

40a

Sonneneingangsrad

40b

Sonnenrad

41

Lager; Gleitlager

42

Planetenrad

43

Steg

44

Stegverschraubung

45

Nadellager

46

Planetenachsen, Nadellagerachsen

47

Steckverzahnung mit Spiel

48

Stützhülse

50a

Motorwelle an Motor-A

50b

Motorwelle an Motor-B

50b'

Motorwelle an einem weiteren Motor

51

Zwischenwelle

51'

weitere Zwischenwelle

52

Stirnradgetriebe

53

Rotor

54

Schneckenrad

55

Schnecke

56

Schneckenlagerung

57

Motor, schnelllaufend

58

Schneckenwelle

59

Kugellager

60

Lager

61

Stufenplanet

62

Hohlrad

63

Doppelplanet

64

Kugellager, zweireihig

65

Kronenrad, am Abtrieb

66

Kronenrad, im Überlagerungsgetriebe

67

Kronenradritzel

68

Zahnrad, am Steg

69

Freilauf; Überholfreilauf

70

Zahnrad, am Kronenrad

71

Ritzel mit Schrägverzahnung

71'

weiteres Ritzel mit Schrägverzahnung

A

Drehachse eines Motors

B

Drehachse eines Motors

A'

zylinderförmiger Bauraum

MGA

Motor-Getriebeeinheit-A; Motor-Getriebeblock-A

MGB

Motor-Getriebeeinheit-B; Motor-Getriebeblock-B

TLE

Tretlagereinheit

GE

Gesamtenergie zum Hinterrad

ME

vom Menschen aufgebrachte Energie

UG

Überlagerungsgetriebes

GHB

Gehäusebaugruppe

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102010009649 B4 [0001, 0010]
• DE 000010339207 B4 [0005]
• DE 102010051727 A1 [0005]
• DE 102004045364 B4 [0005]
• US 2012/0012412 A1 [0009, 0010]
• DE 102009045447 A1 [0009, 0084]
• DE 102016224314 A1 [0009]
• DE 102017219398 A1 [0009, 0084]
• EP 3168125 A1 [0010]

Claims (36)

1. Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb, mit a) mindestens einem angetriebenen Rad (6), b) zwei auf der Tretlagerwelle (14) angeordneten Tretkurbeln (5), c) eine Motorwelle (50A / 50B) des elektrischen Hilfsantriebs und mindestens eine Zwischenwelle (51) befinden sich in Fahrtrichtung des Fahrrades vor und über der Tretlagerwelle (14) d) einer Hohlwelle (16) am elektrischem Hilfsantrieb, wobei die Drehachse der Hohlwelle (16) parallel zur Tretlagerwelle (14) angeordnet ist e) einer Hohlwelle (16), wobei diese in Verbindung mit einem Ketten- oder Riemenrad (9) steht, dadurch gekennzeichnet, dass f) zwei oder drei elektrisch angetriebene Motoren (24, 25, 25'), die Tretlagerwelle (14), mindestens zwei Hohlwellen (16,29), die mindestens zwei Motorwellen (50A, 50B) sowie alle Zwischenwellen (51, 51') sich mindestens teilweise in einem zylindrischen Bauraum befinden, der durch die Rotation der Tretkurbeln (A) gebildet wird. g) mindestens eine Zwischenwelle (51, 51') zwischen den Motorwellen (50A, 50B) und mindestens einer Hohlwelle (16) angeordnet ist. h) innerhalb von einem Gehäuse ein Zahnradgetriebe angeordnet ist, welches einen Steg (43) und Planetenachsen (46) besitzt, die auf Kreisbahnen im Gehäuse (18) umlaufen i) mindestens ein Steg (43) und mindestens eine Hohlwelle (16, 29) rotieren um die gleiche Drehachse j) mindestens zwei Planetenräder (42) befinden sich auf einem Steg (43) gelagert. k) mindestens eine Hohlwelle (16, 29) mit mindestens einem Sonnenrad (40b) oder einem Steg (43) oder einem Hohlrad (39b) verbunden ist I) mindestens ein Steg (43) oder ein Sonnenrad (40b) oder ein Hohlrad (39a) von einem ersten Motor elektrisch mittelbar oder unmittelbar angetrieben wird. m) mindestens ein Steg (43) oder ein Sonnenrad (40b) oder ein Hohlrad (39a) von einem zweiten Motor elektrisch mittelbar oder unmittelbar angetrieben wird. n) mindestens ein Steg (43) oder ein Sonnenrad (40b) oder ein Hohlrad (39a) in mittelbarer oder unmittelbarer Verbindung zur Tretlagerwelle (14) steht.
2. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein elektrisch angetriebener Motor (24, 25, 25') und seine Zwischenwellen (51, 51') vorzugsweise, aber nicht ausschließlich über einen Freilauf (22) mit der Tretlagerwelle (14) verbunden ist und dass maximal einer oder keiner der elektrisch angetriebener Motoren (24, 25, 25') und seine Zwischenwellen (51, 51') direkt mit dem Abtriebsrad (9) verbunden ist.
3. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Benutzer an der Tretkurbel (5) aufgebrachte Energie und die Energie aus einem Elektromotor (24) gemeinsam auf einen Steg (43) oder ein Hohlrad (39b) oder ein Sonnenrad (40b) übertragen wird.
4. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Steg (43) oder ein Sonnenrad (40b) oder ein Hohlrad (39a) von einem dritten Motor (25') elektrisch mittelbar oder unmittelbar angetrieben wird.
5. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad (40b) über eine Hohlwelle (16) mit einem Ketten- oder Riemenrad (9) verbunden ist.
6. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Hohlwellen (16, 29) koaxial zur Tretlagerwelle (14) verlaufen .
7. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Steg (43) und ein Sonnenrad (40b) und ein Hohlrad (39a) koaxial zu den mindestens zwei Hohlwellen (16, 29) angeordnet sind.
8. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Hohlwelle (16, 29) über ein Kugellager (21) mit dem Gehäuse (18) des Getriebe-Antriebssystems (4) und eine weitere Hohlwelle (16, 29) über ein weiteres Lager (41) mit der Tretlagerwelle (14) verbunden ist.
9. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder drei elektrisch angetriebene Motoren (24, 25, 25'), die Tretlagerwelle (14), mindestens zwei Hohlwellen (16,29), die mindestens zwei Motorwellen (50A, 50B, 50B') sowie alle Zwischenwellen (51, 51', 51") mindestens teilweise von einem Gehäuse (18) umschlossen sind.
10. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse der Tretlagerwelle (14) und die Achse (A, B) mindestens eines elektrisch angetriebenen Motors (24, 25) parallel und nicht koaxial zueinander angeordnet sind.
11. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen (A, B) von mindestens zwei elektrisch angetriebenen Motoren (24, 25) nicht parallel zueinander angeordnet sind.
12. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tretlagerwelle (14) über einen Freilauf (22) mit mindestens einer Hohlwelle (16, 29) verbunden ist.
13. Fahrrad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Freilauf (22) koaxial zur Tretlagerwelle (14) angeordnet ist.
14. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Hohlwelle (16, 29) über mindestens zwei Gleitlager (41) oder Kugellager (21) auf der Tretlagerwelle (14) gelagert ist.
15. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Hohlwelle (16, 29), die Tretlagerwelle (14) oder ein weiteres übertragendes Element innerhalb des Gehäuses (18) in Verbindung mit einem Sensor steht, der Signale bereitstellt, die für die Ermittlung einer Drehzahl oder eines Drehmoments benutzt wird.
16. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich an jeder Motorwelle (50A, 50B, 50B') oder an jeder Zwischenwelle (50, 50', 50") ein Sensor befindet, der Signale bereitstellt, die für die Ermittlung einer Drehzahl, eines Drehwinkels oder eines Drehmoments benutzt wird.
17. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ketten- oder Riemenrad (9), welches mit einer Hohlwelle (16) des Getriebe-Antriebssystem (4) befestigt ist und die Energie zum Hinterrad (6) überträgt, einen größeren Durchmesser besitzt als das Ketten- oder Riemenrad, welches an der Hinterradnabe (7) befestigt ist.
18. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel (8), welches Energie zum Hinterrad (6) überträgt, sich in einer Ebene befindet, die mindestens 50 Millimeter von der Mittelebene des Fahrrades entfernt ist.
19. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Statoren (26), die Wicklungen (27) besitzen, in einem Gehäuse eingebaut sind, wobei dieses Gehäuse aus einem Stück gebildet ist.
20. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens dass mindestens ein Hohlrad (39a) oder ein Steg (43) mit den Planetenrädern (42) oder ein Sonnenrad (40b) zwei unterschiedliche Verzahnungen an einem Bauteil aufweisen.
21. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Komponenten Hohlrad (39a), Steg (43) mit Planetenrädern (42) und Sonnenrad (40b) neben den Laufverzahnungen zwei unterschiedliche Verzahnungen an einem Bauteil aufweisen.
22. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hohlrad (39a) oder ein Steg (43) oder ein Sonnenrad (40b) über ein Kugellager (21) auf einer Hohlwelle (16, 29) gelagert ist.
23. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hohlrad (39a) oder ein Steg (43) oder ein Sonnenrad (40b) direkt mit einer Hohlwelle (16, 29) verbunden ist.
24. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Steg (43) oder ein Sonnenrad (40b) oder ein Hohlrad (39a) von mindestens einem Motor über ein nicht selbsthemmendes Getriebe (52) elektrisch angetrieben wird und mindestens ein Steg (43) oder ein Sonnenrad (40b) oder ein Hohlrad (39a) von einem zweiten Motor oder dritten Motor über ein selbsthemmendes Getriebe (52) elektrisch angetrieben wird.
25. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Steg (43) oder ein Sonnenrad (40b) oder ein Hohlrad (39a) von mindestens einem ersten Motor über ein selbsthemmendes Getriebe elektrisch angetrieben wird und mindestens ein Steg (43) oder ein Sonnenrad (40b) oder ein Hohlrad (39a) von einem mindestens zweiten Motor ebenfalls über ein selbsthemmendes Getriebe elektrisch angetrieben wird.
26. Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sonnenrad (40b) durch ein Kronenrad (65) gebildet wird und das Hohlrad (39a) durch ein zweite Kronenrad (66) gebildet wird wobei beide Kronenrad-Achsen parallel oder koaxial zur Tretlagerwelle (14) angeordnet sind.
27. Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem Steg (43) mindestens zwei Kronenradritzel (67) angeordnet sind, die in Verbindung zu zwei Kronenrädern (65, 66) stehen.
28. Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hohlrad (39a) über einen Freilauf (69) mit einem Steg (43) verbunden ist oder mindestens ein Hohlrad (39a) über einen Freilauf (69) mit einem Sonnenrad (40b) verbunden ist oder mindestens ein Steg (43) über einen Freilauf (69) mit einem Sonnenrad (40b) verbunden ist.
29. Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hohlrad (39a) oder ein Steg (43) oder ein Sonnenrad (40b) über einen Freilauf (69) mit dem Gehäuse (18) verbunden ist.
30. Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Steg (43) oder ein Sonnenrad (40b) oder ein Hohlrad (39a) des Überlagerungsgetriebes von mindestens einem dritten Motor (25') elektrisch angetrieben oder gebremst wird.
31. Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Tretlagerwelle (14) nur in direkter Verbindung zu einem Motor (24) oder einer Motor-Getriebeeinheit A (MGA) steht.
32. Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein selbsthemmendes Getriebe mit einer Schnecke (55) und einem Schneckenrad (54) ausgeführt sind.
33. Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Motoren (24, 25, 25') wenigstens zeitweise als Generator oder Bremse betrieben wird.
34. Fahrrad nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Motoren (24, 25, 25') wenigstens zeitweise als Generator oder Bremse betrieben wird während alle weiteren Motoren (24, 25, 25') eine Antriebsleistung erbringen .
35. Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Motor (24) Antriebsleistung in das Element des Überlagerungsgetriebes einleitet, in welches auch die vom Benutzer des Fahrrades aufgebrachte Leistung eingeleitet wird.
36. Fahrrad nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter und ein dritter Motor (25, 25') Antriebsleistung in die Elemente des Überlagerungsgetriebes einleitet, in welche die vom Benutzer des Fahrrades aufgebrachte Leistung nicht eingeleitet wird.

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