DE102019126962B3 - Electromotive drive unit for a vehicle that can be driven by muscle power and a vehicle that can be driven by muscle power - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Antriebseinheit (1) für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug, umfassend einen Stator (2), einen Rotor (3), eine über den Rotor (3) antreibbare Antriebsscheibe (4) mit einer Anbindung (5) an ein Endloszugmittel (6), sowie eine Freilaufeinrichtung (7) zur Realisierung eines Freilaufs, derart, dass die Antriebsscheibe (4) bei gleicher Rotationsrichtung mit einer geringeren Geschwindigkeit drehbar ist als der Rotor (3). Die Freilaufeinrichtung (7) umfasst eine erste Kopplungsscheibe (8) und umfasst eine zweite Kopplungsscheibe (9), wobei die beiden Kopplungsscheiben (8; 9) axial benachbart angeordnet sind und wobei jede der beiden Kopplungsscheiben (8; 9) auf der axialen Stirnfläche, die der anderen Kopplungsscheibe (9; 8) gegenübersteht, erste Formschlussmittel (10) zur Bildung des Freilaufs aufweist und wobei die beiden Kopplungsscheiben (8; 9) gegeneinander auf einer mit dem Stator (2) gemeinsamen Achse (11) axial verschiebbar anordenbar sind. Ferner ist die erste Kopplungsscheibe (8) über zweite Formschlussmittel (12) mit dem Rotor (3) gekoppelt und ist die zweite Kopplungsscheibe (9) über dritte Formschlussmittel (13) mit der Antriebsscheibe (4) gekoppelt, und ist ein Aktuator (14) vorhanden, über den die erste Kopplungsscheibe (8) und die zweite Kopplungsscheibe (9) axial gegeneinander verschoben werden können, derart, dass eine Kraftübertragung über die ersten Formschlussmittel (10) der Kopplungsscheiben (8; 9) in beide Drehrichtungen aufgehoben ist.The invention relates to an electromotive drive unit (1) for a vehicle that can be driven by muscle power, comprising a stator (2), a rotor (3), a drive pulley (4) that can be driven via the rotor (3) and has a connection (5) to an endless traction mechanism (6), and a freewheel device (7) for realizing a freewheel such that the drive pulley (4) can be rotated at a lower speed than the rotor (3) with the same direction of rotation. The freewheel device (7) comprises a first coupling disk (8) and comprises a second coupling disk (9), the two coupling disks (8; 9) being arranged axially adjacent and each of the two coupling disks (8; 9) on the axial end face, which faces the other coupling disk (9; 8), has first form-locking means (10) for forming the freewheel and wherein the two coupling disks (8; 9) can be arranged axially displaceably relative to one another on an axis (11) shared with the stator (2). Furthermore, the first coupling disc (8) is coupled to the rotor (3) via second form-locking means (12) and the second coupling disc (9) is coupled to the drive disc (4) via third form-locking means (13), and is an actuator (14) present, via which the first coupling disc (8) and the second coupling disc (9) can be axially displaced against each other, in such a way that a power transmission via the first form-fitting means (10) of the coupling discs (8; 9) is canceled in both directions of rotation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromotorische Antriebseinheit für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug, insbesondere eine elektromotorische Antriebseinheit für ein mehrspuriges Fahrzeug, umfassend einen Stator, einen Rotor, eine über den Rotor antreibbare Antriebsscheibe mit einer Anbindung an ein Endloszugmittel sowie eine Freilaufeinrichtung zur Realisierung eines Freilaufs, derart, dass die Antriebsscheibe bei gleicher Rotationsrichtung mit einer geringeren Geschwindigkeit drehbar ist als der Rotor. Ferner betrifft die Erfindung ein mit Muskelkraft betätigbares Fahrzeug.The present invention relates to an electromotive drive unit for a vehicle that can be driven by muscle power, in particular an electromotive drive unit for a multi-lane vehicle, comprising a stator, a rotor, a drive pulley which can be driven via the rotor and is connected to an endless traction device and a freewheel device for realizing a freewheel. such that the drive disk can be rotated at a lower speed than the rotor with the same direction of rotation. The invention also relates to a vehicle that can be operated with muscle power.

An Fahrrädern ist die Tretkurbel, über die der Fahrer antreibt, üblicherweise mittels eines Freilaufs mit dem Hinterrad verbunden. Hierdurch wird erreicht, dass sich der Fahrer frei entscheiden kann, ob er mit der durch das Übersetzungsverhältnis des Antriebsstrangs an die Geschwindigkeit des Fahrrades gekoppelten Trittfrequenz das Fahrrad antreiben möchte, oder ob er die Kurbel langsamer drehen möchte, was insbesondere bei schneller Bergabfahrt von Vorteil ist.On bicycles, the pedal crank that the driver uses to drive is usually connected to the rear wheel by means of a freewheel. This means that the driver can freely decide whether he would like to drive the bicycle with the cadence coupled to the speed of the bicycle through the transmission ratio of the drive train, or whether he would like to turn the crank more slowly, which is particularly advantageous when driving downhill at high speeds .

Schiebt man das Fahrrad rückwärts, dreht sich die Kurbel mindestens mit der durch das Übersetzungsverhältnis des Antriebsstrangs an die Geschwindigkeit des Fahrrades gekoppelten Frequenz.If you push the bicycle backwards, the crank rotates at least with the frequency coupled to the speed of the bicycle through the transmission ratio of the drive train.

Die EP 1 121 255 B1 beschreibt eine Nabe für Fahrräder mit einer Nabenachse und konzentrisch dazu angeordnetem Nabengehäuse, welches eine Lagereinrichtung mit wenigstens zwei zwischen Nabenachse und Nabengehäuse angeordneten Lagern beinhaltet. Auf der Nabenachse ist ein Rotor zur Aufnahme wenigstens eines Zahnrades angeordnet und zwischen Rotor und Nabengehäuse ist eine Freilaufeinrichtung angeordnet, die zwei Zahnscheiben aufweist, deren Zahnflächen durch eine Vorspanneinrichtung aufeinandergedrückt werden. Die Zahnscheiben sind im Wesentlichen konzentrisch zur Nabenachse in Ebenen angeordnet, die senkrecht zu der Nabenachse ausgerichtet sind. Die Zahnscheiben werden schwimmend gehalten oder gelagert, so dass eine Verkippung der Zahnscheiben in Bezug auf die Nabenachse möglich ist, wobei die Zahnscheiben mit einer Vorspanneinrichtung aufeinander gedrückt werden und derart gestaltet sind, dass sie ein Drehmoment des Rotors in Fahrtrichtung von dem Rotor auf das Nabengehäuse übertragen.The EP 1 121 255 B1 describes a hub for bicycles with a hub axle and a hub housing arranged concentrically therewith, which includes a bearing device with at least two bearings arranged between the hub axle and the hub housing. A rotor for receiving at least one gear wheel is arranged on the hub axle and a freewheel device is arranged between the rotor and the hub housing, which has two toothed disks, the tooth surfaces of which are pressed against one another by a pretensioning device. The toothed disks are arranged essentially concentrically to the hub axis in planes which are oriented perpendicular to the hub axis. The toothed disks are held or stored in a floating manner, so that the toothed disks can be tilted in relation to the hub axis, the toothed disks being pressed against one another with a pretensioning device and designed in such a way that they generate a torque of the rotor in the direction of travel from the rotor to the hub housing transfer.

In der EP 2 436 945 B1 wird eine Antriebsnabe für kurbelgetriebene Fahrzeuge mit zwei Rädern beschrieben, wobei die Antriebsnabe eine feststehende Nabenachse und eine gegenüber der Nabenachse drehbar gelagerte Nabenhülse aufweist, und aufweisend einen Freilauf in einem Drehmomentenpfad in der Antriebsnabe zwischen einem Antreiber und der Nabenhülse. Ferner ist eine Steuereinrichtung zum Ausschalten des Freilaufs vorgesehen, wobei der Freilauf bei einer Rückwärts-Drehbewegung an der Nabenhülse automatisch ausgeschaltet wird, so dass im Drehmomentenpfad mit dem Freilauf kein Drehmoment übertragen werden kann.In the EP 2 436 945 B1 describes a drive hub for crank-driven vehicles with two wheels, the drive hub having a stationary hub axle and a hub sleeve rotatably mounted relative to the hub axle, and having a freewheel in a torque path in the drive hub between a driver and the hub sleeve. Furthermore, a control device is provided for switching off the freewheel, the freewheel being automatically switched off in the event of a backward rotary movement on the hub shell, so that no torque can be transmitted in the torque path with the freewheel.

Aus der DE 100 02 334 C1 ist eine in beide Drehrichtungen schaltbare Freilaufkupplung mit einem doppeltwirkenden Freilauf vorbekannt.From the DE 100 02 334 C1 an overrunning clutch with a double-acting freewheel that can be switched in both directions of rotation is previously known.

Ferner ist aus der CH 181943 A eine ausschaltbare Walzenklemmgesperre für den Antrieb von Freilaufnaben von Fahrrädern bekannt.Furthermore, from the CH 181943 A a disengageable roller locking mechanism for driving freewheel hubs of bicycles is known.

Aus DE 10 2017 103 734 A1 ist eine Fahrradnabenbaugruppe bekannt umfassend eine Nabenachswelle, ein Nabengehäuse, einen Ritzellagerkörper und eine Kupplung. Der Ritzellagerkörper ist drehbar an der Nabenachswelle montiert, um sich um eine Drehachse zu drehen. Der Ritzellagerkörper ist relativ zu der Nabenachswelle und dem Nabengehäuse um die Drehachse drehbar. Die Kupplung weist einen ersten Kopplungszustand, in dem eine Pedalbetätigungsdrehkraft von dem Ritzellagerkörper auf das Nabengehäuse während der Pedalbetätigung in einer ersten Drehrichtung übertragen wird, einen ersten Lösezustand, in dem das Nabengehäuse während des Leerlaufs relativ zu dem Ritzellagerkörper in der ersten Drehrichtung drehbar ist, und einen zweiten Kopplungszustand auf, in dem eine Leerlaufdrehkraft vom Nabengehäuse auf den Ritzellagerkörper während des Leerlaufs in der ersten Drehrichtung übertrage wird. Out DE 10 2017 103 734 A1 is known a bicycle hub assembly comprising a hub axle, a hub shell, a pinion bearing body and a clutch. The pinion bearing body is rotatably mounted on the hub axle to rotate about an axis of rotation. The pinion bearing body can be rotated about the axis of rotation relative to the hub axle shaft and the hub housing. The clutch has a first coupling state in which a pedal actuation torque is transmitted from the pinion bearing body to the hub housing during the pedal actuation in a first direction of rotation, a first release state in which the hub housing is rotatable relative to the pinion bearing body in the first direction of rotation during idling, and a second coupling state in which an idling torque is transmitted from the hub shell to the pinion bearing body during idling in the first direction of rotation.

Aus DE 10 2018 116 465 A1 ist eine Fahrradkomponente bekannt für ein wenigstens teilweise muskelbetriebenes Fahrrad mit wenigstens einer Freilaufeinheit, welche eine Freilaufkomponente und eine Stützeinheit und eine Federeinheit umfasst, wobei die Freilaufkomponente einen sich um eine zentrale Achse herum erstreckenden und hohl ausgebildeten rohrförmigen Körperabschnitt mit einer unrunden Außenkontur zur drehfesten und axial verschiebbaren Kopplung und eine Stirnfläche mit axialen Eingriffselementen aufweist. Die Federeinheit drückt die Freilaufkomponente und die Stützeinheit in einer axialen Richtung der zentralen Achse auseinander. Die Freilaufkomponente, die Stützeinheit und die Federeinheit bilden eine vormontierbare Baugruppe und die Federeinheit ist an der Freilaufkomponente und an der Stützeinheit befestigt.Out DE 10 2018 116 465 A1 A bicycle component is known for an at least partially muscle-powered bicycle with at least one freewheel unit, which comprises a freewheel component and a support unit and a spring unit, the freewheel component having a hollow tubular body section extending around a central axis and having a non-circular outer contour for the rotationally fixed and axial having displaceable coupling and an end face with axial engagement elements. The spring unit pushes the freewheel component and the support unit apart in an axial direction of the central axis. The freewheel component, the support unit and the spring unit form a preassembled assembly and the spring unit is attached to the freewheel component and to the support unit.

An einspurigen Fahrrädern stellt das Mittdrehen der Tretkurbel, bei sich rückwärts bewegendem Fahrrad, in der Regel kein hohes Sicherheitsrisiko dar. Bei zwei- oder dreispurigen Fahrrädern, wie Lastenfahrrädern oder auch Velomobilen birgt dies jedoch ein Sicherheitsrisiko für den Nutzer, da diese Fahrzeuge auch rückwärts rollen, bzw. sofern diese über einen elektrischen Rückwärtsgang verfügen, auch rückwärtsfahren können. Der Nutzer muss in dieser Fahrsituation der vom Fahrzeug vorgegebenen Bewegung der Tretkurbel folgen. Dies ist unkomfortabel und birgt die Gefahr, dass der Nutzer von den Pedalen abrutschen kann. Jetzt kann es passieren, dass er von der sich drehenden Kurbel erfasst wird und ggf. zwischen anderen Fahrzeugteilen und der Tretkurbel eingeklemmt wird. In Kombination mit der hohen Fahrzeugmasse von Lastenfahrrädern oder auch Velomobilen resultiert hieraus ein erhebliches Verletzungsrisiko.On single-lane bicycles, turning the crank handle to the side when the bicycle is moving backwards does not usually represent a high safety risk. However, with two- or three-lane bicycles, such as cargo bikes or velomobiles, this poses a safety risk for the user, as these vehicles also roll backwards , or if these have an electric reverse gear, can also drive backwards. In this driving situation, the user must follow the movement of the pedal crank specified by the vehicle. This is uncomfortable and carries the risk that the user can slip off the pedals. Now it can happen that he is caught by the rotating crank and possibly trapped between other vehicle parts and the crank. In combination with the high vehicle mass of cargo bikes or velomobiles, this results in a considerable risk of injury.

Es besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, die Unfallgefahr bei mit Muskelkraft antreibbaren Fahrzeugen weiter zu verringern.There is a continuing need to further reduce the risk of accidents in vehicles that can be driven by muscle power.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine elektromotorische Antriebseinheit für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug, insbesondere eine elektromotorische Antriebseinheit für ein mehrspuriges Fahrzeug, sowie ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug bereit zu stellen, wodurch ein mit dieser Antriebseinheit betriebenes Fahrzeugs im Hinblick auf seine Betriebssicherheit weiter verbessert und insbesondere mit Blick auf etwaige Unfallgefahren dahingehend optimiert ist, dass Unfallgefahren weiter minimiert werden.The invention is based on the object of providing an electromotive drive unit for a vehicle that can be driven by muscle power, in particular an electromotive drive unit for a multi-lane vehicle, as well as a vehicle that can be driven by muscle power, whereby a vehicle operated with this drive unit further improves and improves its operational safety is optimized in particular with a view to possible accident risks in such a way that accident risks are further minimized.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektromotorische Antriebseinheit für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug mit den Merkmalen von Patentanspruch 14. Bevorzugte Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by an electromotive drive unit for a vehicle that can be driven by muscle power with the features of claim 1 and a vehicle that can be driven by muscle power with the features of claim 14. Preferred further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße elektromotorische Antriebseinheit für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug, insbesondere eine elektromotorische Antriebseinheit für ein mehrspuriges mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug, umfasst einen Stator, einen Rotor, eine über den Rotor antreibbare Antriebsscheibe mit einer Anbindung an ein Endloszugmittel sowie eine Freilaufeinrichtung zur Realisierung eines Freilaufs, derart, dass die Antriebsscheibe bei gleicher Rotationsrichtung mit einer geringeren Geschwindigkeit drehbar ist als der Rotor. Die Freilaufeinrichtung umfasst eine erste Kopplungsscheibe und eine zweite Kopplungsscheibe, wobei die beiden Kopplungsscheiben axial benachbart angeordnet sind und wobei jede der beiden Kopplungsscheiben auf der axialen Stirnfläche, die der anderen Kopplungsscheibe gegenübersteht, erste Formschlussmittel zur Bildung des Freilaufs aufweist und wobei die beiden Kopplungsscheiben gegeneinander auf einer mit dem Stator gemeinsamen Achse axial verschiebbar anordenbar sind. Die erste Kopplungsscheibe ist über zweite Formschlussmittel mit dem Rotor gekoppelt und die zweite Kopplungsscheibe ist über dritte Formschlussmittel mit der Antriebsscheibe gekoppelt. Ferner ist ein Aktuator vorhanden, über den die erste Kopplungsscheibe und die zweite Kopplungsscheibe axial gegeneinander verschoben werden können, derart, dass eine Kraftübertragung über die ersten Formschlussmittel der beiden Kopplungsscheiben in beide Drehrichtungen aufgehoben ist.An electromotive drive unit according to the invention for a vehicle that can be driven by muscle power, in particular an electromotive drive unit for a multi-lane vehicle that can be driven by muscle power, comprises a stator, a rotor, a drive pulley that can be driven via the rotor and is connected to an endless traction device and a freewheel device for realizing a freewheel. such that the drive disk can be rotated at a lower speed than the rotor with the same direction of rotation. The freewheel device comprises a first coupling disk and a second coupling disk, the two coupling disks being arranged axially adjacent and wherein each of the two coupling disks has first form-locking means on the axial end face opposite the other coupling disk to form the freewheel and wherein the two coupling disks face one another an axis common to the stator can be arranged axially displaceably. The first coupling disc is coupled to the rotor via second form-locking means and the second coupling disc is coupled to the drive disc via third form-locking means. Furthermore, there is an actuator by means of which the first coupling disk and the second coupling disk can be axially displaced relative to one another, in such a way that force transmission via the first form-locking means of the two coupling disks in both directions of rotation is canceled.

Durch die Bereitstellung eines erfindungsgemäßen schaltbaren Freilaufs, wodurch die Tretkurbel vom Rest des Antriebsstrangs entkoppelt wird, kann gewährleistet werden, dass ein Benutzer eines Fahrrades, insbesondere eines schwereren mit Muskelkraft betreibbaren Fahrzeugs, wie einem Lastenfahrrad oder einem mehrspurigen Velomobil, bei gewollter oder ungewollter Rückwärtsfahrt nicht von der sich ansonsten mitdrehenden Tretkurbel verletzt wird.By providing a switchable freewheel according to the invention, whereby the crank is decoupled from the rest of the drive train, it can be ensured that a user of a bicycle, in particular a heavier vehicle that can be operated with muscle power, such as a cargo bike or a multi-lane velomobile, does not want to or unintentionally drive backwards is injured by the pedal crank that would otherwise rotate.

Dabei wird im Sinne der Erfindung unter elektromotorische Antriebseinheit eine Antriebseinheit mit einer elektrischen Maschine verstanden, die sowohl antreibend, also motorisch, als auch Strom erzeugend, also generatorisch, betreibbar ist. Im Folgenden wird der Einfachheit halber von elektromotorischer Antriebseinheit gesprochen - die jedoch im Sinne der Erfindung sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden kann.In the context of the invention, an electromotive drive unit is understood to mean a drive unit with an electrical machine which can be operated both as a drive, that is to say as a motor, as well as generating electricity, that is, as a generator. In the following, for the sake of simplicity, the term electromotive drive unit is used - which, however, can be operated both as a motor and as a generator within the meaning of the invention.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die ersten Formschlussmittel eine an der ersten Kopplungsscheibe ausgebildete axiale Schrägverzahnung und eine an der zweiten Kopplungsscheibe dazu korrespondierende Schrägverzahnung aufweisen. Hierdurch kann auf der einen Seite mit einfachen Mitteln eine wirkungsvolle Kopplung einer Antriebswelle, etwa einer Tretkurbel, als auch eine effiziente Entkopplung in Form eines Freilaufs in eine erste Drehrichtung erreicht werden.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the first form-locking means have an axial helical toothing formed on the first coupling disk and a helical toothing corresponding thereto on the second coupling disk. In this way, on the one hand, an effective coupling of a drive shaft, for example a pedal crank, and also an efficient decoupling in the form of a freewheel in a first direction of rotation can be achieved with simple means.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die erste Kopplungsscheibe zweite Formschlussmittel aufweist, die als Verzahnung auf der umfänglichen Mantelfläche der ersten Kopplungsscheibe ausgebildet sind, und die mit einer korrespondierend ausgebildeten Verzahnung des Rotors im Eingriff steht, und/oder dass die zweite Kopplungsscheibe dritte Formschlussmittel aufweist, die als Verzahnung auf der umfänglichen Mantelfläche der zweiten Kopplungsscheibe ausgebildet sind, und die mit einer korrespondierend ausgebildeten Verzahnung der Antriebsscheibe im Eingriff steht. Hierdurch wird eine optimierte Kraft- und Drehmomentübertragung ermöglicht und ferner eine in axialer Richtung optimierte Nutzung von Bauraum erreicht.According to a further preferred embodiment of the invention, it can also be provided that the first coupling disk has second form-locking means, which are designed as teeth on the circumferential surface of the first coupling disk, and which are in engagement with a correspondingly designed toothing of the rotor, and / or that the second coupling disk has third form-locking means, which are designed as teeth on the peripheral surface of the second coupling disk, and which are in engagement with a correspondingly designed toothing of the drive disk. This enables an optimized transmission of force and torque and furthermore an optimized use of installation space in the axial direction is achieved.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Aktuator als Elektromagnet ausgebildet ist. Bevorzugt ist der Elektromagnet in Form eines Hubmagneten ausgebildet, wodurch auch wieder eine optimierte Nutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums gewährleistet ist.Furthermore, according to a likewise advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the actuator acts as an electromagnet is trained. The electromagnet is preferably designed in the form of a lifting magnet, which again ensures optimized use of the available installation space.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der als Hub- oder Zugmagnet ausgebildete Aktuator eine Spule aufweist, wobei die Spule feststehend gegenüber einem Anker angeordnet ist, und dass der Anker des Elektromagneten durch einen mit der zweiten Kopplungsscheibe verbundenen Hülsenabschnitt gebildet ist. Durch eine derartige Anordnung, bei der eine mit der zweiten Kopplungsscheibe insbesondere einteilig verbundene Hülse bereichsweise in den Spulenbereich des Elektromagneten eintaucht und damit die auf die zweite Kopplungsscheibe wirkende Magnetkraft verstärkt, wird in platzsparender Weise ein schaltbarer Antrieb zur Kopplung und Entkopplung der beiden Kopplungsscheiben erzielt und damit ein platzsparend bauender Freilauf bereitgestellt, der in zumindest einer Schaltposition eine vollständige Entkopplung einer Tretkurbel beziehungsweise einen Freilauf in beide Drehrichtungen gewährleistet.According to a further particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the actuator designed as a lifting or pulling magnet has a coil, the coil being fixedly arranged opposite an armature, and that the armature of the electromagnet is connected by a sleeve portion connected to the second coupling disc is formed. Such an arrangement, in which a sleeve, in particular one-piece connected to the second coupling disk, dips into the coil area of the electromagnet in some areas and thus amplifies the magnetic force acting on the second coupling disk, a switchable drive for coupling and decoupling the two coupling disks is achieved in a space-saving manner and thus a space-saving freewheel is provided which, in at least one switching position, ensures complete decoupling of a pedal crank or freewheel in both directions of rotation.

In einer ersten weitergebildeten Ausführung des Elektromagneten kann vorgesehen sein, dass im stromlosen Zustand der Spule die zweite Kopplungsscheibe federkraftbeaufschlagt mit der ersten Kopplungsscheibe in Eingriff gebracht und/oder gehalten wird. Hierdurch wird ein sogenannter „fail-safe“ Betriebszustand ermöglicht, bei dem die beiden Kopplungsscheiben im stromlosen Zustand des Elektromagneten miteinander in Eingriff stehen und einen eingekoppelten Zustand sicherstellen.In a first further developed embodiment of the electromagnet, it can be provided that, when the coil is de-energized, the second coupling disk is brought into engagement with and / or held in engagement with the first coupling disk under spring force. This enables a so-called “fail-safe” operating state in which the two coupling disks are in engagement with one another when the electromagnet is de-energized and ensure a coupled state.

In einer zweiten weitergebildeten Ausführung des Elektromagneten kann alternativ auch vorgesehen sein, dass der als Hub- oder Zugmagnet ausgebildete Aktuator eine Spule aufweist, wobei die Spule feststehend gegenüber dem Anker angeordnet ist, und dass der Anker des Elektromagneten durch einen auf die zweite Kopplungsscheibe wirkenden Hülsenabschnitt gebildet ist, wobei im stromlosen Zustand der Spule die zweite Kopplungsscheibe federkraftbeaufschlagt von der ersten Kopplungsscheibe getrennt wird. Hierdurch wird ein sogenannter „fail-safe“ Betriebszustand ermöglicht, bei dem die beiden Kopplungsscheiben im stromlosen Zustand des Elektromagneten nicht miteinander in Eingriff stehen also voneinander getrennt sind und so einen entkoppelten Zustand sicherstellen.In a second further developed embodiment of the electromagnet, it can alternatively also be provided that the actuator, which is designed as a lifting or pulling magnet, has a coil, the coil being arranged stationary opposite the armature, and that the armature of the electromagnet is supported by a sleeve section acting on the second coupling disk is formed, wherein in the de-energized state of the coil, the second coupling disc is separated from the first coupling disc by spring force. This enables a so-called “fail-safe” operating state, in which the two coupling disks are not in engagement with one another when the electromagnet is de-energized, ie they are separated from one another and thus ensure a decoupled state.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Antriebeinheit einen Positionssensor zur Detektion einer axialen Position der zweiten Kopplungsscheibe aufweist, wodurch der Schaltzustand entkoppelt oder gekoppelt überwacht werden kann. Gegebenenfalls können über eine Steuereinheit auch die Schaltzeiten ermittelt werden und anhand einer Veränderung der Schaltzeiten frühzeitig erkannt werden, ob Abweichungen, beispielsweise aufgrund von Verschleiß oder Materialfehlern oder dergleichen, auftreten, so dass frühzeitig auf eine notwendige Wartung oder Reparatur hingewiesen werden kann.It can also be advantageous to further develop the invention in such a way that the drive unit has a position sensor for detecting an axial position of the second coupling disk, as a result of which the switching state can be monitored decoupled or coupled. If necessary, the switching times can also be determined via a control unit and, on the basis of a change in the switching times, it can be recognized at an early stage whether deviations occur, for example due to wear or material defects or the like, so that necessary maintenance or repair can be indicated at an early stage.

Gemäß einer anderen bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, die Antriebsscheibe im Inneren im Wesentlichen hohl auszuführen beziehungsweise als Hohlteil auszubilden und als Gehäuse zur Aufnahme des Aktuators sowie der zweiten Kopplungsscheibe vorzusehen. Dabei kann die hohl ausgebildete Antriebsscheibe auf ihrer dem Rotor abgekehrten Stirnseite mit Hilfe eines Deckelelements verschlossen werden. Durch diesen Aufbau wird zum einen eine weitere Bauraumoptimierung erreicht und wird zum anderen eine Art modularer Aufbau ermöglicht, indem man zum einen ein in einem Motorgehäuse angeordnetes Motormodul der Antriebseinheit und zum anderen ein in der Antriebsscheibe untergebrachtes Abtriebsmodul der Antriebseinheit bereitstellt. Dieser modulare Aufbau birgt immense Vorteile bei der Fertigung als auch im Rahmen einer späteren Wartung oder Reparatur.According to another preferred embodiment of the subject matter of the invention, provision can be made for the drive pulley to be designed to be essentially hollow on the inside or to be designed as a hollow part and to be provided as a housing for receiving the actuator and the second coupling disk. The hollow drive pulley can be closed on its end facing away from the rotor with the aid of a cover element. This structure achieves, on the one hand, a further optimization of the installation space and, on the other hand, enables a type of modular structure by providing a motor module of the drive unit arranged in a motor housing and an output module of the drive unit housed in the drive pulley. This modular structure has immense advantages in production as well as in the context of subsequent maintenance or repair.

Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter Weise dahingehend ausgeführt sein, dass das Deckelelement eine Aufnahme zur Anordnung der Spule aufweist, was ebenfalls das Ziel der Optimierung der Nutzung von Bauraum unterstützt.Finally, the invention can also be implemented in an advantageous manner such that the cover element has a receptacle for the arrangement of the coil, which also supports the goal of optimizing the use of installation space.

Mit Vorteil ist die Antriebsscheibe auf ihrer dem Rotor zugekehrten axialen Seite über ein erstes Radialwälzlager gegenüber dem Rotor abgestützt und ist die Antriebsscheibe auf ihrer dem Rotor abgekehrten axialen Seite über ein zweites Radialwälzlager gegenüber dem Deckelelement gelagert. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass das Deckelteil ortsfest im Aufbau der elektromotorischen Antriebseinheit ausgeführt sein kann und hierdurch eine Stromzuführung zu der auf der Innenseite des Deckelteils angeordneten Spule des Elektromagneten ermöglicht ist.The drive disk is advantageously supported on its axial side facing the rotor via a first radial roller bearing opposite the rotor and the drive disk is supported on its axial side facing away from the rotor via a second radial roller bearing opposite the cover element. The advantage of this embodiment is that the cover part can be designed to be stationary in the structure of the electromotive drive unit, thereby enabling a power supply to the electromagnet coil arranged on the inside of the cover part.

Es kann gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Elektromagneten vorgesehen ist, wobei die Steuereinheit entweder durch ein manuell betätigbares Schaltelement, wie einen Endlagentaster/-schalter oder dergleichen und/oder durch eine sensorsignalverarbeitende Recheneinheit gebildet ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass die Trennung des Antriebsstrangs durch die geschaltete Entkopplung der beiden Kopplungsscheiben entweder durch einen manuellen Schaltbefehl eines Benutzers (beispielsweise durch die Betätigung eines Tasters) und/oder automatisiert in Abhängigkeit von über weitere Sensorik erfassten Betriebszuständen des Fahrzeugs (beispielsweise die Erfassung einer Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs) initiiert werden kann.According to a further preferred further development of the invention, provision can also be made for a control unit to be provided for controlling the electromagnet, the control unit being formed either by a manually operable switching element, such as a limit switch / switch or the like, and / or by a computing unit that processes sensor signals . It can thereby be achieved that the separation of the drive train through the switched decoupling of the two coupling disks either through a manual switching command from a user (for example through the actuation of a button) and / or can be initiated automatically as a function of operating states of the vehicle detected by further sensors (for example the detection of a backward movement of the vehicle).

Ferner wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein, insbesondere mehrspurig ausgeführtes, mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit, wie sie vorstehend beschrieben ist.Furthermore, the object on which the invention is based is achieved by a vehicle, in particular a multi-lane vehicle, which can be driven by muscle power and has an electric drive unit as described above.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs kann es vorgesehen sein, dass die elektromotorische Antriebseinheit eine zweite Antriebsscheibe aufweist, über die die Antriebseinheit beispielsweise über ein weiteres Endloszugmittel mit einer elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugachse koppelbar ist.According to a further particularly preferred embodiment of the vehicle according to the invention, it can be provided that the electromotive drive unit has a second drive pulley, via which the drive unit can be coupled, for example via a further endless traction means, to an electromotive vehicle axle.

Die elektromotorische Antriebseinheit wird je nach Ausführung im bestromten oder unbestromten Zustand die beiden Zahnscheiben voneinander trennt. Das System kann um einen Schalter erweitert werden, der den aktuellen Betriebszustand des Systems an das zentrale Steuergerät des Fahrzeuges meldet. In Kombination mit einer Steuereinheit und einer elektrischen Feststellbremse kann dann sichergestellt werden, dass der Freilauf entkoppelt ist, bevor sich das Fahrzeug rückwärts in Bewegung setzt.The electromotive drive unit, depending on the version, separates the two toothed pulleys from one another in the energized or de-energized state. The system can be expanded with a switch that reports the current operating status of the system to the vehicle's central control unit. In combination with a control unit and an electric parking brake, it can then be ensured that the freewheel is decoupled before the vehicle starts moving backwards.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.The invention is explained in more detail below with reference to figures without restricting the general inventive concept.

Es zeigen:

  • 1 die erfindungsgemäße elektromotorische Antriebseinheit in einer Perspektivansicht,
  • 2 die Antriebseinheit gemäß 1 in einem Axialschnitt,
  • 3 eine zweite, im Aufbau etwas veränderte Ausführung der erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebseinheit in einem Teil-Axialschnitt,
  • 4 die Antriebsscheibe der erfindungsgemäßen Antriebseinheit in einer Perspektivansicht,
  • 5 die Antriebsscheibe gemäß 4 in einem Axialschnitt, und
  • 6 den Antriebsstrang eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs in einer möglichen Ausführungsform in perspektivischer Darstellung.
Show it:
  • 1 the electromotive drive unit according to the invention in a perspective view,
  • 2 the drive unit according to 1 in an axial section,
  • 3 a second, slightly modified version of the electromotive drive unit according to the invention in a partial axial section,
  • 4th the drive pulley of the drive unit according to the invention in a perspective view,
  • 5 the drive pulley according to 4th in an axial section, and
  • 6th the drive train of a vehicle according to the invention in a possible embodiment in a perspective view.

1 zeigt eine elektromotorische Antriebseinheit 1 für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug 23 in einer Perspektivansicht, wobei das Fahrzeug 23 bzw. eine mögliche Ausführungsform eines Antriebstrangs für ein derartiges Fahrzeug 23 in 6 veranschaulicht ist. Die elektromotorische Antriebseinheit 1 umfasst eine in einem Gehäuse angeordnete elektrische Maschine sowie eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Antriebsscheibe 4 mit einer in der 1 nicht näher bezeichneten Anbindung 5 an ein Endloszugmittel 6. Dabei ist die Anbindung 5 der Antriebsscheibe 4 als umfängliche Verzahnung der Antriebsscheibe 4 ausgebildet, über die mittels einem als Zahnriemen ausgebildeten Endloszugmittel 6 eine Antriebskraft beziehungsweise ein Drehmoment übertragbar ist. In 6 ist eine mögliche Einbindung der Antriebseinheit 1 in ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug dargestellt und man erkennt darin gut das mit der Antriebsscheibe 4 in Eingriff stehende Endloszugmittel 6. 1 shows an electromotive drive unit 1 for a vehicle that can be driven by muscle power 23 in a perspective view, the vehicle 23 or a possible embodiment of a drive train for such a vehicle 23 in 6th is illustrated. The electromotive drive unit 1 comprises an electrical machine arranged in a housing and a drive pulley coupled to the electrical machine 4th with one in the 1 unspecified connection 5 to an endless traction device 6th . Here is the connection 5 the drive pulley 4th as a circumferential toothing of the drive pulley 4th formed, by means of an endless traction means designed as a toothed belt 6th a driving force or a torque can be transmitted. In 6th is a possible integration of the drive unit 1 is shown in a vehicle that can be operated with muscle power and one can easily see that with the drive pulley 4th engaged endless traction means 6th .

In 2 ist die die Antriebseinheit 1 gemäß 1 in einem Axialschnitt dargestellt. Die elektromotorische Antriebseinheit 1 für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug 23 umfasst einen Stator 2, einen Rotor 3, eine über den Rotor 3 antreibbare Antriebsscheibe 4 mit einer Anbindung 5 an ein Endloszugmittel 6 sowie eine Freilaufeinrichtung 7 zur Realisierung eines Freilaufs, derart, dass die Antriebsscheibe 4 bei gleicher Rotationsrichtung wie der Rotor 3 mit einer geringeren Geschwindigkeit drehbar ist als der Rotor 3. Die Freilaufeinrichtung 7 umfasst eine erste Kopplungsscheibe 8 und eine zweite Kopplungsscheibe 9, wobei die beiden Kopplungsscheiben 8; 9 axial benachbart angeordnet sind und wobei jede der beiden Kopplungsscheiben 8; 9 auf der der anderen Kopplungsscheibe 9; 8 zugewandten axialen Stirnfläche erste Formschlussmittel 10 zur Bildung des Freilaufs aufweist. Die beiden Kopplungsscheiben 8; 9 sind gegeneinander auf einer mit dem Stator 2 gemeinsamen Achse 11 axial verschiebbar, schwimmend gelagert, angeordnet. Die erste Kopplungsscheibe 8 ist über zweite Formschlussmittel 12 mit dem Rotor 3 gekoppelt und die zweite Kopplungsscheibe 9 ist über dritte Formschlussmittel 13 mit der Antriebsscheibe 4 gekoppelt. Die Ausgestaltung und Funktion der Formschlussmittel wird insbesondere anhand von 5 noch näher erläutert werden. Ferner ist ein Aktuator 14 vorgesehen, über den die erste Kopplungsscheibe 8 und die zweite Kopplungsscheibe 9 axial gegeneinander verschoben werden können, derart, dass eine Kraftübertragung über die ersten Formschlussmittel 10 der Kopplungsscheiben 8; 9 in beide Drehrichtungen aufgehoben ist.In 2 is the drive unit 1 according to 1 shown in an axial section. The electromotive drive unit 1 for a vehicle that can be driven by muscle power 23 includes a stator 2 , a rotor 3 , one over the rotor 3 drivable drive pulley 4th with a connection 5 to an endless traction device 6th as well as a freewheel device 7th to implement a freewheel, such that the drive pulley 4th with the same direction of rotation as the rotor 3 is rotatable at a slower speed than the rotor 3 . The freewheel device 7th comprises a first coupling disc 8th and a second coupling disc 9 , the two coupling disks 8th ; 9 are arranged axially adjacent and wherein each of the two coupling disks 8th ; 9 on that of the other coupling disc 9 ; 8th facing axial end face first form-fitting means 10 has to form the freewheel. The two coupling discs 8th ; 9 are against each other on one with the stator 2 common axis 11 axially displaceable, floating, arranged. The first coupling disc 8th is via second form-fitting means 12 with the rotor 3 coupled and the second coupling disc 9 is via third form fit means 13 with the drive pulley 4th coupled. The design and function of the interlocking means is in particular based on 5 will be explained in more detail. There is also an actuator 14th provided over which the first coupling disc 8th and the second coupling disc 9 can be axially shifted against each other in such a way that a power transmission via the first positive locking means 10 the coupling discs 8th ; 9 is canceled in both directions of rotation.

3 zeigt eine zweite, im Vergleich zur Ausführungsform gemäß 2 in ihrem Aufbau etwas veränderte Ausführung der erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebseinheit 1 in einem Teil-Axialschnitt. Gleiche oder gleich wirkende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Übrigen wird an dieser Stelle auf die Ausführungen zu 2 verwiesen. Über die Darstellung gemäß 2 hinaus gehend ist hier dargestellt, dass die Stromzuführungsleitungen durch das Deckelelement 18 hindurch nach außen geführt sind. 3 shows a second, in comparison to the embodiment according to FIG 2 The design of the electromotive drive unit according to the invention has been modified somewhat in its structure 1 in a partial axial section. Identical or identically acting components are provided with the same reference symbols. Incidentally, at this point we refer to the explanations 2 referenced. About the representation according to 2 going beyond it is shown here that the Power supply lines through the cover element 18th are passed through to the outside.

In 4 ist die Antriebsscheibe 4 der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 in einer Perspektivansicht dargestellt. Gut zu erkennen ist hier, dass das Antriebsrad 4 nebst der in seinem Inneren aufgenommenen Komponenten als eigenes Modul aufbaubar und damit auch entsprechend vormontierbar ist. Das im Inneren hohl ausgeführte und weitere Komponenten aufnehmende Antriebsrad 4 ist auf seiner dem Rotor 3 abgekehrten Seite über das Deckelteil 18 verschlossen, wobei Anschlussleitungen für die Spule 15 des Aktuators 14 durch eine Öffnung im Deckelement 18 nach außen geführt sind.In 4th is the drive pulley 4th the drive unit according to the invention 1 shown in a perspective view. It is easy to see here that the drive wheel 4th In addition to the components accommodated in its interior, it can be built up as a separate module and thus also preassembled accordingly. The drive wheel, which is hollow on the inside and accommodates other components 4th is on its the rotor 3 remote side over the cover part 18th closed, with connection lines for the coil 15th of the actuator 14th through an opening in the cover element 18th are led to the outside.

Wie insbesondere in 5 gut dargestellt, ist die Antriebsscheibe 4 als Gehäuse zur Aufnahme des Aktuators 14 sowie zur Aufnahme der zweiten Kopplungsscheibe 9 ausgebildet. Hierfür ist die Antriebsscheibe 4 von innen hohl ausgebildet und weist auf ihrer dem Rotor 3 abgekehrten Stirnseite ein abnehmbares Deckelelement 18 auf. Darüber hinaus ist gut zu erkennen, dass die Kopplungsschnittstelle zwischen erster Kopplungsscheibe 8 und zweiter Kopplungsscheibe 9, die durch die ersten Formschlussmittel 10 gebildet ist, durch eine an der ersten Kopplungsscheibe 8 ausgebildete axiale Schrägverzahnung und eine an der zweiten Kopplungsscheibe 9 dazu korrespondierende Schrägverzahnung realisiert ist. Die erste Kopplungsscheibe 8 weist darüber hinaus zweite Formschlussmittel 12 auf, die als Verzahnung auf der umfänglichen Mantelfläche der ersten Kopplungsscheibe 8 ausgebildet sind und die mit einer korrespondierend ausgebildeten Innenverzahnung des Rotors 3 im Eingriff stehen. Ferner weist die zweite Kopplungsscheibe 9 dritte Formschlussmittel 13 auf, die als Verzahnung auf der umfänglichen Mantelfläche der zweiten Kopplungsscheibe 9 ausgebildet sind und die mit einer korrespondierend ausgebildeten Innenverzahnung der Antriebsscheibe 4 im Eingriff stehen.As in particular in 5 Well shown is the drive pulley 4th as a housing to accommodate the actuator 14th as well as for receiving the second coupling disc 9 educated. This is what the drive pulley is for 4th hollow on the inside and points to the rotor 3 remote end face a removable cover element 18th on. In addition, it can be clearly seen that the coupling interface between the first coupling disc 8th and second coupling disc 9 by the first positive locking means 10 is formed by one on the first coupling disc 8th formed axial helical teeth and one on the second coupling disc 9 corresponding helical gearing is realized. The first coupling disc 8th also has second form-locking means 12 on, as a toothing on the peripheral surface of the first coupling disc 8th are formed and with a correspondingly formed internal toothing of the rotor 3 are engaged. Furthermore, the second coupling disc 9 third form-fit means 13 on, as a toothing on the circumferential surface of the second coupling disc 9 are formed and with a correspondingly formed internal toothing of the drive pulley 4th are engaged.

Im Übrigen ist den 2, 3 und 5 der Aufbau des als Hubmagnet ausgebildeten Aktuators 14 gut zu erkennen. Der Aktuator 14 weist eine Spule 15 auf, wobei die Spule 15 feststehend gegenüber einem Anker 16 auf einem zylindrischen Spulenträger angeordnet ist. Der Anker 16 des Hubmagneten ist durch einen mit der zweiten Kopplungsscheibe 9 verbundenen Hülsenabschnitt 17 gebildet, wobei der Hülsenabschnitt 17 bereichsweise in den die Spule 15 tragenden zylindrischen Spulenträger eintaucht. Zwischen Spulenträger und Hülsenabschnitt ist eine Spiralfeder angeordnet, welche mit ihrer Federkraft die beiden Kopplungsscheiben 8; 9 zusammendrückt. Innerhalb des Spulenträgers kann zusätzlich ein Detektionsmittel in Form eines Endlagentasters oder dergleichen angeordnet sein. Im stromlosen Zustand der Spule 15 wird die zweite Kopplungsscheibe 9 federkraftbeaufschlagt mit der ersten Kopplungsscheibe 8 in Eingriff gebracht und/oder gehalten, wodurch eine entsprechende „fail-safe“ Betriebsposition gewährleistet ist. Ebenfalls ist gut zu erkennen, dass im Deckelelement 18 eine Aufnahme 19 zur Anordnung der Spule 15 ausgebildet ist. Die Antriebsscheibe 4 ist auf ihrer dem Rotor 3 zugekehrten axialen Seite über ein erstes Radialwälzlager 20 gegenüber dem Rotor 3 abgestützt und ist auf ihrer dem Rotor 3 abgekehrten axialen Seite über ein zweites Radialwälzlager 21 gegenüber dem Deckelelement 18 gelagert.By the way, is the 2 , 3 and 5 the structure of the actuator designed as a lifting magnet 14th clearly visible. The actuator 14th has a coil 15th on, with the coil 15th fixed opposite an anchor 16 is arranged on a cylindrical bobbin. The anchor 16 of the solenoid is through one with the second coupling disc 9 connected sleeve section 17th formed, the sleeve portion 17th in some areas in the coil 15th supporting cylindrical coil carrier immersed. A spiral spring is arranged between the coil carrier and the sleeve section, which the two coupling disks with its spring force 8th ; 9 squeezes. A detection means in the form of a limit switch or the like can additionally be arranged within the coil carrier. When the coil is de-energized 15th becomes the second coupling disc 9 spring-loaded with the first coupling disc 8th brought into engagement and / or held, whereby a corresponding "fail-safe" operating position is guaranteed. It can also be clearly seen that in the cover element 18th a recording 19th to arrange the coil 15th is trained. The drive pulley 4th is on her the rotor 3 facing axial side via a first radial roller bearing 20th opposite the rotor 3 supported and is on her the rotor 3 facing away axial side via a second radial roller bearing 21st opposite the cover element 18th stored.

Zum Entkoppeln der Freilaufeinrichtung 7 wird die Spule 15 des Elektromagneten bestromt. Das dadurch erzeugte Magnetfeld wirkt auf den ferromagnetischen Hülsenabschnitt 7, wodurch dieser nebst der ersten Kopplungsscheibe 8 in axialer Richtung verschoben wird, bis der axiale Formschluss mit der zweiten Kopplungsscheibe 9 vollständig aufgehoben ist und so kein Drehmoment von der Antriebsscheibe 4 auf den Rotor 3 (und umgekehrt) übertragbar ist. Wird die Bestromung des Elektromagneten unterbrochen und das auf den Hülsenabschnitt 7 einwirkende Magnetfeld bricht zusammen, dann wird die zweite Kopplungsscheibe 9 federkraftbewirkt in den eingekoppelten Zustand über eine axiale Verschiebung bis zum Formschluss mit der ersten Kopplungsscheibe 8 versetzt.For decoupling the freewheel device 7th becomes the coil 15th of the electromagnet energized. The magnetic field generated thereby acts on the ferromagnetic sleeve section 7th whereby this in addition to the first coupling disc 8th is shifted in the axial direction until the axial form fit with the second coupling disc 9 is completely canceled and so no torque from the drive pulley 4th on the rotor 3 (and vice versa) is transferable. If the energization of the electromagnet is interrupted and that on the sleeve section 7th The applied magnetic field collapses, then the second coupling disc 9 Spring force in the coupled state via an axial displacement up to the form fit with the first coupling disc 8th offset.

6 zeigt den Antriebsstrang eines erfindungsgemäßen mit Muskelkraft betätigbaren Fahrzeugs 23 in einer möglichen Ausführungsform in perspektivischer Darstellung. Der Antriebsstrang umfasst eine elektromotorische Antriebseinheit 1, wie sie vorstehend anhand der 1-5 beschrieben ist, eine Tretkurbeleinheit, die über ein erstes Zugmittel 6 mit der Antriebseinheit 1 verbunden ist, eine elektromotorisch angetriebene Fahrzeugachse 25, die über ein zweites Endloszugmittel an eine zweite Antriebsscheibe 24 der elektromotorischen Antriebseinheit 1 angebunden ist sowie eine Steuereinheit 22 zur Ansteuerung des Elektromagneten, wobei die Steuereinheit 22 entweder durch ein manuell betätigbares Schaltelement 26 (schematisch dargestellt in 2) und/oder durch eine sensorsignalverarbeitende Recheneinheit gebildet ist. Die Steuereinheit 22 kann ferner zur Ansteuerung der weiteren in den hinteren Rädern des Antriebsstrangs angeordneten Antriebsmotoren eingerichtet sein. Darüber hinaus weist das Fahrzeug 23 eine nicht dargestellte Batterie zur Versorgung der elektrischen Antriebseinheit 1 sowie weiterer elektrischer Verbraucher im Antriebsstrang auf. 6th shows the drive train of a vehicle according to the invention that can be operated with muscle power 23 in a possible embodiment in a perspective view. The drive train includes an electromotive drive unit 1 as described above using the 1-5 is described, a pedal crank unit, which has a first traction means 6th with the drive unit 1 is connected, an electric motor driven vehicle axle 25th , which are connected to a second drive pulley via a second endless traction mechanism 24 the electric motor drive unit 1 is connected and a control unit 22nd for controlling the electromagnet, the control unit 22nd either by a manually operated switching element 26th (shown schematically in 2 ) and / or is formed by a sensor signal processing computing unit. The control unit 22nd can also be set up to control the further drive motors arranged in the rear wheels of the drive train. In addition, the vehicle has 23 a battery, not shown, for supplying the electric drive unit 1 and other electrical consumers in the drive train.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.The invention is not limited to the embodiments shown in the figures. The above description is therefore not to be regarded as restrictive but rather as explanatory. The following claims are to be understood in such a way that a named feature is present in at least one embodiment of the invention. This does not exclude the presence of further features. If the claims and the above description define “first” and “second” features, this designation serves to distinguish between two similar features without defining a priority.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
AntriebseinheitDrive unit
22
Statorstator
33
Rotorrotor
44th
AntriebsscheibeDrive pulley
55
AnbindungConnection
66th
EndloszugmittelEndless traction means
77th
FreilaufeinrichtungFreewheel device
88th
erste Kopplungsscheibefirst coupling disc
99
zweite Kopplungsscheibesecond coupling disc
1010
erste Formschlussmittelfirst positive locking means
1111
Achseaxis
1212
zweite Formschlussmittelsecond form-fit means
1313
dritte Formschlussmittelthird form-fit means
1414th
AktuatorActuator
1515th
SpuleKitchen sink
1616
Ankeranchor
1717th
HülsenabschnittSleeve section
1818th
DeckelelementCover element
1919th
Aufnahmeadmission
2020th
erstes Radialwälzlagerfirst radial roller bearing
2121st
zweites Radialwälzlagersecond radial roller bearing
2222nd
SteuereinheitControl unit
2323
Fahrzeugvehicle
2424
zweite Antriebsscheibesecond drive pulley
2525th
FahrzeugachseVehicle axle
2626th
SchaltelementSwitching element

Claims (15)

Elektromotorische Antriebseinheit (1) für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug umfassend - einen Stator (2), - einen Rotor (3), - eine über den Rotor (3) antreibbare Antriebsscheibe (4) mit einer Anbindung (5) an ein Endloszugmittel (6), - sowie eine Freilaufeinrichtung (7) zur Realisierung eines Freilaufs, derart, dass die Antriebsscheibe (4) bei gleicher Rotationsrichtung mit einer geringeren Geschwindigkeit drehbar ist als der Rotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass - die Freilaufeinrichtung (7) eine erste Kopplungsscheibe (8) und eine zweite Kopplungsscheibe (9) umfasst, - wobei die beiden Kopplungsscheiben (8; 9) axial benachbart angeordnet sind und wobei jede der beiden Kopplungsscheiben (8; 9) auf der axialen Stirnfläche, die der anderen Kopplungsscheibe (9; 8) gegenübersteht, erste Formschlussmittel (10) zur Bildung des Freilaufs aufweist, - und wobei die beiden Kopplungsscheiben (8; 9) gegeneinander auf einer mit dem Stator (2) gemeinsamen Achse (11) axial verschiebbar anordenbar sind, - und wobei die erste Kopplungsscheibe (8) über zweite Formschlussmittel (12) mit dem Rotor (3) gekoppelt ist und wobei die zweite Kopplungsscheibe (9) über dritte Formschlussmittel (13) mit der Antriebsscheibe (4) gekoppelt ist, - und wobei ein Aktuator (14) vorhanden ist, über den die erste Kopplungsscheibe (8) und die zweite Kopplungsscheibe (9) axial gegeneinander verschoben werden können, derart, dass eine Kraftübertragung über die ersten Formschlussmittel (10) der Kopplungsscheiben (8; 9) in beide Drehrichtungen aufgehoben ist.Electromotive drive unit (1) for a vehicle that can be driven by muscle power, comprising - a stator (2), - a rotor (3), - a drive pulley (4) which can be driven via the rotor (3) and has a connection (5) to an endless traction device (6) ), - as well as a freewheel device (7) for realizing a freewheel, such that the drive pulley (4) can be rotated at a lower speed than the rotor (3) with the same direction of rotation, characterized in that - the freewheel device (7) has a first Coupling disk (8) and a second coupling disk (9), - wherein the two coupling disks (8; 9) are arranged axially adjacent and wherein each of the two coupling disks (8; 9) on the axial end face that of the other coupling disk (9; 8), has first form-locking means (10) for forming the freewheel, - and wherein the two coupling disks (8; 9) can be axially displaced relative to one another on an axis (11) common to the stator (2) a can be northed, - and wherein the first coupling disc (8) is coupled to the rotor (3) via second form-locking means (12) and the second coupling disc (9) is coupled to the drive disc (4) via third form-locking means (13), - and wherein an actuator (14) is present, via which the first coupling disc (8) and the second coupling disc (9) can be axially displaced relative to one another, in such a way that a power transmission via the first form-locking means (10) of the coupling discs (8; 9) is canceled in both directions of rotation. Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Formschlussmittel (10) eine an der ersten Kopplungsscheibe (8) ausgebildete axiale Schrägverzahnung und eine an der zweiten Kopplungsscheibe (9) dazu korrespondierende Schrägverzahnung aufweisen.Electromotive drive unit (1) according to Claim 1 , characterized in that the first form-locking means (10) have an axial helical toothing formed on the first coupling disc (8) and a helical toothing corresponding thereto on the second coupling disc (9). Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kopplungsscheibe (8) zweite Formschlussmittel (12) aufweist, die als Verzahnung auf der umfänglichen Mantelfläche der ersten Kopplungsscheibe (8) ausgebildet sind, die mit einer korrespondierend ausgebildeten Verzahnung des Rotors (3) im Eingriff steht, und/oder dass die zweite Kopplungsscheibe (9) dritte Formschlussmittel (13) aufweist, die als Verzahnung auf der umfänglichen Mantelfläche der zweiten Kopplungsscheibe (9) ausgebildet sind, die mit einer korrespondierend ausgebildeten Verzahnung der Antriebsscheibe (4) im Eingriff steht.Electromotive drive unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the first coupling disc (8) has second form-fitting means (12) which are designed as teeth on the circumferential surface of the first coupling disc (8) with correspondingly formed teeth of the rotor (3) is in engagement, and / or that the second coupling disk (9) has third form-locking means (13), which are designed as teeth on the peripheral surface of the second coupling disk (9), which are formed with a correspondingly designed toothing of the drive disk (4) is engaged. Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (14) als Elektromagnet, insbesondere als Hub- oder Zugmagnet, ausgebildet ist.Electromotor drive unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the actuator (14) is designed as an electromagnet, in particular as a lifting or pulling magnet. Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der als Hub- oder Zugmagnet ausgebildete Aktuator (14) eine Spule (15) aufweist, wobei die Spule (15) feststehend gegenüber einem Anker (16) angeordnet ist, und dass der Anker (16) des Elektromagneten durch einen mit der zweiten Kopplungsscheibe (9) verbundenen Hülsenabschnitt (17) gebildet ist.Electromotive drive unit (1) according to Claim 4 , characterized in that the actuator (14) designed as a lifting or pulling magnet has a coil (15), the coil (15) is arranged stationary opposite an armature (16), and that the armature (16) of the electromagnet is formed by a sleeve section (17) connected to the second coupling disc (9). Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im stromlosen Zustand der Spule (15) die zweite Kopplungsscheibe (9) federkraftbeaufschlagt mit der ersten Kopplungsscheibe (8) in Eingriff gebracht und/oder gehalten wird.Electromotive drive unit (1) according to Claim 5 , characterized in that when the coil (15) is de-energized, the second coupling disc (9) is brought into engagement with and / or held in engagement with the first coupling disc (8) under spring force. Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der als Hub- oder Zugmagnet ausgebildete Aktuator (14) eine Spule (15) aufweist, wobei die Spule (15) feststehend gegenüber dem Anker (16) angeordnet ist, und dass der Anker (16) des Elektromagneten durch einen auf die zweite Kopplungsscheibe (9) wirkenden Hülsenabschnitt (17) gebildet ist, wobei im stromlosen Zustand der Spule (15) die zweite Kopplungsscheibe (9) federkraftbeaufschlagt von der ersten Kopplungsscheibe (8) getrennt wird.Electromotive drive unit (1) according to Claim 4 , characterized in that the actuator (14) designed as a lifting or pulling magnet has a coil (15), the coil (15) being arranged fixedly opposite the armature (16), and that the armature (16) of the electromagnet by a on the second coupling disc (9) acting sleeve section (17) is formed, wherein in the de-energized state of the coil (15) the second coupling disc (9) is separated from the first coupling disc (8) by spring force. Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (22) zur Ansteuerung des Elektromagneten, wobei die Steuereinheit (22) entweder durch ein manuell betätigbares Schaltelement (26) und/oder durch eine sensorsignalverarbeitende Recheneinheit gebildet ist.Electromotive drive unit (1) according to one of the Claims 4 to 7th , characterized by a control unit (22) for controlling the electromagnet, the control unit (22) being formed either by a manually operable switching element (26) and / or by a processing unit that processes sensor signals. Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebeinheit (1) einen Positionssensor zur Detektion einer axialen Position der zweiten Kopplungsscheibe (9) aufweist.Electromotive drive unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive unit (1) has a position sensor for detecting an axial position of the second coupling disc (9). Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsscheibe (4) als Gehäuse zur Aufnahme des Aktuators (14) sowie der zweiten Kopplungsscheibe (9) ausgebildet ist und auf ihrer dem Rotor (3) abgekehrten Stirnseite von einem Deckelelement (18) verschließbar ist.Electromotive drive unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive disk (4) is designed as a housing for receiving the actuator (14) and the second coupling disk (9) and on its end face facing away from the rotor (3) by a Lid element (18) can be closed. Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (18) eine Aufnahme (19) zur Anordnung der Spule (15) aufweist.Electromotive drive unit (1) according to Claim 10 , characterized in that the cover element (18) has a receptacle (19) for the arrangement of the coil (15). Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsscheibe (4) auf ihrer dem Rotor (3) zugekehrten axialen Seite über ein erstes Radialwälzlager (20) gegenüber dem Rotor (3) abgestützt ist.Electromotive drive unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive pulley (4) is supported on its axial side facing the rotor (3) via a first radial roller bearing (20) opposite the rotor (3). Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsscheibe (4) auf ihrer dem Rotor (3) abgekehrten axialen Seite über ein zweites Radialwälzlager (21) gegenüber dem Deckelelement (18) gelagert ist.Electromotive drive unit (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive pulley (4) is mounted on its axial side facing away from the rotor (3) via a second radial roller bearing (21) opposite the cover element (18). Mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug (23), umfassend eine elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.Vehicle (23) that can be driven by muscle power, comprising an electromotive drive unit (1) according to one of the preceding claims. Fahrzeug (23) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinheit (1) eine zweite Antriebsscheibe (24) aufweist, über die die Antriebseinheit (1) mit einer elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugachse (25) koppelbar ist.Vehicle (23) after Claim 14 , characterized in that the electromotive drive unit (1) has a second drive pulley (24), via which the drive unit (1) can be coupled to a vehicle axle (25) driven by an electric motor.
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