DE102019131096B3

DE102019131096B3 - Drive device for a bicycle and bicycle with such a drive device

Info

Publication number: DE102019131096B3
Application number: DE102019131096.2A
Authority: DE
Inventors: Georg Bernreuther
Original assignee: Buehler Motor GmbH
Current assignee: Buehler Motor GmbH
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2021-02-04
Anticipated expiration: 2039-11-19
Also published as: WO2021098920A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad, mit einem Getriebe, einem mit dem Getriebe gekoppelten Elektromotor und einer auf einer Leiterplatte ausgebildeten Motorsteuerung, wobei mindestens das Getriebe und der Elektromotor in einem mindestens 2-teiligem Gehäuse angeordnet sind. Mit dem Ziel einer direkten und verzögerungsfreien Kraftübertragung weist das Getriebe ein mindestens 2-stufiges Stirnradgetriebe mit einem Abtriebselement auf, wobei das Abtriebselement zum Übertragen eines Drehmoments konzentrisch auf einer Hinterachse des Fahrrads anordbar ist. Ebenso wird ein Fahrrad mit einer derartigen Antriebsvorrichtung offenbart.The invention relates to a drive device for a bicycle, with a transmission, an electric motor coupled to the transmission and a motor controller formed on a circuit board, at least the transmission and the electric motor being arranged in an at least two-part housing. With the aim of direct and instantaneous power transmission, the transmission has an at least 2-stage spur gear with an output element, wherein the output element for transmitting a torque can be arranged concentrically on a rear axle of the bicycle. A bicycle with such a drive device is also disclosed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad mit einem Elektromotor, die geeignet ist bzw. ausgelegt ist, ein mindestens zweirädriges insbesondere muskelbetriebenes Landfahrzeug anzutreiben und/oder beim Antrieb zu unterstützen. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Fahrrad, das mit einer derartigen Antriebsvorrichtung ausgestattet ist.The invention relates to a drive device for a bicycle with an electric motor which is suitable or is designed to drive an at least two-wheeled, in particular muscle-powered, land vehicle and / or to support it in driving it. The invention also relates to a bicycle equipped with such a drive device.

Der Markt für Fahrräder mit elektrischen Antriebsvorrichtungen ist in den letzten Jahren sehr stark gestiegen. Andererseits wurden Fahrräder favorisiert, die in ihrer Hinterachse einen Antrieb integriert hatten. Anderseits wurden auch Antriebslösungen vorgestellt, bei denen der Antrieb im Tretlager integriert ist.The market for bicycles with electric drive devices has grown very rapidly in recent years. On the other hand, bicycles were favored that had a drive integrated in their rear axle. On the other hand, drive solutions were also presented in which the drive is integrated in the bottom bracket.

Die ersten Antriebe in der Hinterachse waren direktmotorisch angetrieben, was bedeutet, dass sie keine Übersetzung hatten. Diese Motoren haben zwangsläufig große Durchmesser, um das nötige Drehmoment zu erzeugen, und weisen in der Regel eine große Polzahl an Rotor und Stator auf. Bei einer Maximalgeschwindigkeit von 25 km/h dreht das Hinterrad bei 28-Zoll-Reifen mit einer Drehzahl von ca. 200 rpm (Umdrehungen pro Minute). Diese Drehzahl ist sehr niedrig, weshalb die entsprechenden Motoren sehr schwer und in der Herstellung teuer sind. Da es keine veränderbare Übersetzung gibt, ist keine Anpassung der Lastmomente an die Motorkennlinien möglich und die Motoren werden speziell bei steigenden und ungünstigen Lastpunkten betrieben und erhitzen sich so sehr schnell. Das Ansprechverhalten beim Beschleunigen ist sehr gut, da der Antrieb direkt ohne Umwege über eine Kette erfolgt, wodurch es keinen Zeitverzug zwischen dem Signal des Drehmomentsensors an der Drehkurbel und dem Motorschub gibt. Wegen der niedrigen Motordrehzahlen sind diese Antriebe sehr leise und man hat die Möglichkeit, im Schiebebetrieb elektrische Energie in den Akku zurück zu speisen (Rekuperation). Es ist aus Platzgründen technisch kaum möglich, ein schaltbares Getriebe in die Hinterradnabe zu integrieren. Das bedeutet, dass diese Fahrräder nur in Kombination mit einer Kettenschaltung funktionieren. Diese Fahrräder sind durch das hohe Motorgewicht auch sehr hecklastig.The first drives in the rear axle were driven by direct motors, which means that they had no transmission. These motors inevitably have a large diameter in order to generate the necessary torque and usually have a large number of poles on the rotor and stator. At a maximum speed of 25 km / h, the rear wheel on 28-inch tires rotates at a speed of approx. 200 rpm (revolutions per minute). This speed is very low, which is why the corresponding motors are very heavy and expensive to manufacture. Since there is no variable ratio, it is not possible to adapt the load torques to the motor characteristics and the motors are operated especially at increasing and unfavorable load points and so heat up very quickly. The response behavior when accelerating is very good, as the drive takes place directly without detours via a chain, so there is no time delay between the signal from the torque sensor on the crank and the engine thrust. Because of the low motor speeds, these drives are very quiet and you have the option of feeding electrical energy back into the battery in push mode (recuperation). For reasons of space, it is technically hardly possible to integrate a switchable gear into the rear wheel hub. This means that these bikes only work in combination with a derailleur. These bikes are also very rear-heavy due to the high engine weight.

Da die Motoren sehr groß und schwer sind (ca. 4 kg), ist man dazu übergegangen, die Motoren zu verkleinern, und ein Planetengetriebe in den Antrieb zu integrieren. Dadurch sind diese Antriebe kompakter. Der Motor kann mit den üblichen Drehzahlen von 3000 - 4000 rpm betrieben werden. Die Übersetzung ist aber fest, und es ist keine Anpassung an unterschiedliche Lastzustände möglich. Die Motoren werden bei Steigungen ebenfalls schnell heiß, da sie nicht in einem günstigen Lastpunkt betrieben werden können.Since the motors are very large and heavy (approx. 4 kg), the decision was made to make the motors smaller and to integrate a planetary gear into the drive. This makes these drives more compact. The motor can be operated at the usual speeds of 3000 - 4000 rpm. The translation is fixed, however, and no adaptation to different load conditions is possible. The motors also get hot quickly on inclines because they cannot be operated at a favorable load point.

Bei dem anderen bzw. zweiten Antriebskonzept ist der Antrieb im Tretlager angeordnet bzw. ist Teil des Tretlagers. In der Regel ist hierbei ein relativ kompakter Motor verbaut, der eine feste interne Getriebeübersetzung hat.In the other or second drive concept, the drive is arranged in the bottom bracket or is part of the bottom bracket. As a rule, a relatively compact motor with a fixed internal gear ratio is installed here.

Der Vorteil liegt hierbei darin, dass der Schwerpunkt des Fahrrads im Gegensatz zum ersten Antriebskonzept in der Mitte liegt. Das Gewicht des Antriebs liegt bei 3 - 4 kg und erlaubt aufgrund seiner Anordnung keine Rekuperation. Die Motorsteuerung muss sehr feinfühlig reagieren, da zwischen dem Antritt des Fahrers bzw. dem Signal des Kraftsensors durch den Fahrer und dem Ansprechen des Motors keine spürbare Zeitverzögerung stattfinden soll. Außerdem wird die Kette sehr stark belastet, da sie sowohl die Kräfte durch den Fahrer als auch die des Motors übertragen muss.The advantage here is that the bike's center of gravity is in the middle, in contrast to the first drive concept. The weight of the drive is 3 - 4 kg and, due to its arrangement, does not allow recuperation. The engine control has to react very sensitively, since there should be no noticeable time delay between the start of the driver or the signal from the force sensor by the driver and the response of the engine. In addition, the chain is very heavily loaded, as it has to transmit both the forces of the driver and those of the engine.

Die Drehfrequenz des Elektroantriebs ist mit der Trittfrequenz des Radfahrers gekoppelt. Einem durchschnittlichen Fahrer ist eine Trittfrequenz von mehr als 80 rpm nicht zumutbar. Bei einer Maximalgeschwindigkeit von 25 km/h beträgt die Drehzahl am Hinterrad jedoch ca. 200 rpm. Daher muss zwischen dem Abtrieb des Elektroantriebs und der Hinterradnabe eine Rückübersetzung stattfinden, die ca. i = 2,5 beträgt. Daher liegt die Getriebeübersetzung im Elektroantrieb meist bei ca. i = 37, damit sich am Motor eine brauchbare Drehzahl von 3000 - 3500 rpm ergibt. Dies ist erforderlich, um den Motor ausreichend kompakt bauen zu können. Im Allgemeinen versuchen die Hersteller verschiedene Konzepte zu verfolgen, um die Übersetzung zu realisieren. Aufgrund der räumlichen Einschränkungen und damit der Antrieb nicht zu klobig wirkt, sind die Getriebe verschachtelt um den Motor herum gruppiert.The rotational frequency of the electric drive is coupled with the cadence of the cyclist. A cadence of more than 80 rpm is unreasonable for an average rider. At a maximum speed of 25 km / h, however, the speed at the rear wheel is approx. 200 rpm. Therefore, a reverse gear ratio must take place between the output of the electric drive and the rear wheel hub, which is approx. I = 2.5. Therefore, the gear ratio in the electric drive is usually around i = 37, so that the motor has a usable speed of 3000 - 3500 rpm. This is necessary in order to be able to build the engine sufficiently compact. In general, manufacturers try to follow different concepts in order to realize the translation. Due to the spatial restrictions and so that the drive does not appear too bulky, the gears are nested around the motor.

Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die beiden Antriebskonzepte schwere und ineffiziente Motoren verwenden, eine unvorteilhafte Schwerpunktverlagerung beinhalten und/oder Antriebselemente wie Fahrradketten oder Riemen überbeanspruchen können.In summary, it can be stated that the two drive concepts use heavy and inefficient motors, involve an unfavorable shift in the center of gravity and / or can overstress drive elements such as bicycle chains or belts.

DE 42 15 326 A1 offenbart eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad, das einen Elektromotor und ein Getriebe aufweist, welches zwischen dem Elektromotor und einer Fahrradkette angeordnet ist. Das Getriebe ist in einem Gehäuse angeordnet, welches mit Fett gefüllt ist. Der Elektromotor weist eine Antriebswelle auf, die in das Gehäuse ragt und dort mit dem Getriebe kraftübertragend verbunden ist. Nachteilig an dieser Gestaltung ist es, dass das Gehäuse des Getriebes mehrere Öffnungen, insbesondere für die Antriebswelle und eine Abtriebswelle, aufweist. Daraus kann sich eine Undichtigkeit ergeben, so dass das Fett aus dem Gehäuse entweichen kann. Ferner ist der Elektromotor bei der bekannten Antriebsvorrichtung äußeren Einflüssen ausgesetzt und daher reparaturanfällig. DE 42 15 326 A1 discloses a drive device for a bicycle having an electric motor and a transmission which is arranged between the electric motor and a bicycle chain. The gear is arranged in a housing which is filled with grease. The electric motor has a drive shaft that protrudes into the housing and is connected there in a power-transmitting manner to the transmission. The disadvantage of this design is that the housing of the transmission has several openings, in particular for the drive shaft and an output shaft. This can result in a leak so that the grease can escape from the housing. Furthermore, the electric motor is known Drive device exposed to external influences and therefore susceptible to repair.

JP H08 - 150 981 A beschreibt ein Moped mit einem Verbrennungsmotor, der über eine Kette auf ein Vorderrad eines Fahrrads wirkt. Diese Technologie ist nicht nur veraltet, sondern auch wegen des erhöhten gesellschaftlichen Klimaschutzbestrebens unerwünscht. JP H08 - 150 981 A describes a moped with an internal combustion engine that acts on a front wheel of a bicycle via a chain. This technology is not only out of date, it is also undesirable because of the increased social climate protection efforts.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die zuvor genannten Probleme zu überwinden oder zumindest zu minimieren. Hierzu sind eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Fahrrad nach Anspruch 11 vorgesehen.The object of the present invention is to overcome or at least minimize the aforementioned problems. For this purpose, a drive device according to the invention according to claim 1 and a bicycle according to claim 11 are provided.

Im Detail ist eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad vorgesehen, wobei die Antriebsvorrichtung ein Getriebe, einen mit dem Getriebe gekoppelten Elektromotor und eine auf einer Leiterplatte ausgebildete Motorsteuerung aufweist. Mindestens das Getriebe und der Elektromotor sind in einem mindestens 2-teiligem Gehäuse angeordnet. Das Getriebe weist ein mindestens 2-stufiges Stirnradgetriebe mit einem Abtriebselement auf, wobei das Abtriebselement zum Übertragen eines Drehmoments konzentrisch auf einer Hinterachse des Fahrrads anordbar ist.In detail, a drive device for a bicycle is provided, the drive device having a transmission, an electric motor coupled to the transmission and a motor controller formed on a printed circuit board. At least the transmission and the electric motor are arranged in an at least 2-part housing. The transmission has an at least 2-stage spur gear with an output element, the output element for transmitting a torque being able to be arranged concentrically on a rear axle of the bicycle.

Die Verwendung eines mindestens zweistufigen Stirnradgetriebes erlaubt die Verkleinerung und kompaktere Gestaltung des Elektromotors. Dadurch wird sowohl das Gewicht als auch das Volumen der Antriebsvorrichtung verkleinert bzw. reduziert. Ebenso kann der Elektromotor hochtouriger, d.h. mit einer höheren Drehzahl, betrieben werden, wodurch eine geringere Stromstärke benötigt und eine übermäßige Erwärmung des Elektromotors vermieden wird.The use of an at least two-stage spur gear allows the electric motor to be made smaller and more compact. As a result, both the weight and the volume of the drive device are made smaller or smaller. The electric motor can also be operated at a higher speed, i.e. at a higher speed, whereby a lower current intensity is required and excessive heating of the electric motor is avoided.

Das zweistufige Stirnradgetriebe erlaubt des Weiteren eine Verlagerung des Elektromotors von der Hinterachse und somit eine Verlagerung des Schwerpunkts zur Mitte des Fahrrads. Dadurch ist ein besseres und stabileres Fahrverhalten möglich.The two-stage spur gear also allows the electric motor to be shifted from the rear axle and thus the center of gravity to be shifted to the center of the bicycle. This enables better and more stable driving behavior.

Das Abtriebselement der Antriebsvorrichtung ist vorzugsweise derart gestaltet, dass es entweder direkt oder indirekt, z.B. mittels eines Adapters, an oder mit einer Hinterachse eines Fahrrads montiert werden kann. Das Abtriebselement überträgt das Drehmoment von zumindest der Antriebsvorrichtung und insbesondere des Elektromotors auf das Hinterrad. Dadurch ist die Antriebsvorrichtung geeignet, ein Fahrrad ohne umständliche Anpassungen aufzurüsten.The output element of the drive device is preferably designed such that it can be mounted either directly or indirectly, for example by means of an adapter, on or with a rear axle of a bicycle. The output element transmits the torque from at least the drive device and in particular the electric motor to the rear wheel. As a result, the drive device is suitable for upgrading a bicycle without laborious adjustments.

Ein weiterer Vorteil des Abtriebselements ist seine Anordnung, die konzentrisch zur Hinterachse des Fahrrads erfolgt. Dadurch wird die Motorkraft unmittelbar auf das Hinterrad übertragen. Ein Überstrapazieren einer Kette oder eines Riemens, die/der durch z.B. Pedale angetrieben wird, und eine damit einhergehende reduzierte Betriebslaufzeit dieser Komponente wird dadurch vermieden.Another advantage of the output element is its arrangement, which is concentric to the rear axle of the bicycle. As a result, the engine power is transmitted directly to the rear wheel. Overuse of a chain or belt that is driven by e.g. pedals and the associated reduced operating time of this component is avoided.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Stirnradgetriebe mindestens drei Stirnräder auf, wobei die Rotationsachsen der Stirnräder derart parallel und beanstandet zueinander angeordnet sind, dass diese auf einer Geraden liegen oder einen stumpfen Winkel bilden. Durch diese Ausgestaltung der Rotationsachsen ist eine maximale Beabstandung des Elektromotors von der Hinterachse und somit eine Verlagerung des Schwerpunkts des Fahrrads möglich.In an advantageous embodiment, the spur gear has at least three spur gears, the axes of rotation of the spur gears being arranged parallel and spaced apart from one another in such a way that they lie on a straight line or form an obtuse angle. This configuration of the axes of rotation allows the electric motor to be at a maximum spacing from the rear axle and thus a shift in the center of gravity of the bicycle.

Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Stirnräder Zahnräder aufweisen, die zu einem Zahnrad des benachbarten Stirnrads in Eingriff stehen und auf zwei parallelen Ebenen liegen. Durch die Anordnung der Stirnräder auf nur zwei parallelen Ebenen wird ein geradliniges Getriebe konzipiert. Dieser Aufbau ermöglicht einen flacheren, übersichtlicheren und kompakteren Antrieb mit geringer Verwindungsneigung und geringerem Platzbedarf.Furthermore, it has proven advantageous if the spur gears have gears which mesh with a gear of the adjacent spur gear and lie on two parallel planes. By arranging the spur gears on only two parallel planes, a straight gear is designed. This structure enables a flatter, clearer and more compact drive with little twisting tendency and less space requirement.

Ebenso kann das Abtriebselement vorzugsweise eine Hohlwelle mit Ausnehmungen aufweisen, wobei die Hinterachse in die Hohlwelle einsetzbar bzw. anordbar ist. Hierbei ist die Hinterachse an einem Rahmen des Fahrrads drehfest montiert und derart ausgelegt, dass die Mechanik des Hinterrads (Nabengetriebe, Lager, Nabengehäuse, Hinterradritzel, Freilauf und Elektroantrieb) darauf drehbar gelagert bzw. angeordnet werden kann. Die Hohlwelle selbst kann konzentrisch um die Hinterachse rotieren.Likewise, the output element can preferably have a hollow shaft with recesses, wherein the rear axle can be inserted or arranged in the hollow shaft. Here, the rear axle is non-rotatably mounted on a frame of the bicycle and designed in such a way that the mechanics of the rear wheel (hub gear, bearings, hub housing, rear wheel pinion, freewheel and electric drive) can be rotatably mounted or arranged on it. The hollow shaft itself can rotate concentrically around the rear axle.

Zusätzlich oder alternativ kann das Abtriebselement Verzahnungen aufweisen, die für einen Wirkeingriff in eine Radnabe der Hinterachse oder des Hinterrads ausgelegt sind. Hierbei handelt es sich um eine weitere oder alternative Verbindungsmöglichkeit des Abtriebselements, um ein Drehmoment auf die Radnabe bzw. auf das Hinterrad zu übertragen.Additionally or alternatively, the output element can have toothings that are designed for an operative engagement in a wheel hub of the rear axle or the rear wheel. This is a further or alternative connection option for the output element in order to transmit a torque to the wheel hub or to the rear wheel.

Vorzugsweise ist die Leiterplatte rechtwinklig zur Achse des Elektromotors angeordnet und weist insbesondere einen Stromanschluss sowie einen Sensor zur Umdrehungserfassung des Hinterrads auf. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform wird eine platzsparende Anordnung bzw. Ausbildung der Leiterplatte ermöglicht. Da die Achse des Elektromotors vorzugsweise parallel zur Hinterradachse des Fahrrads bzw. des Hinterrads ist, verläuft die Leiterplatte zumindest gleich beabstandet zu den Speichen des Hinterrads. Die Antriebsvorrichtung an sich hat dadurch eine gleichbleibende Dicke bzw. deren Dicke entspricht im Wesentlichen der Länge der Motorachse des Elektromotors. The circuit board is preferably arranged at right angles to the axis of the electric motor and in particular has a power connection and a sensor for detecting the rotation of the rear wheel. In this advantageous embodiment, a space-saving arrangement or design of the circuit board is made possible. Since the axis of the electric motor is preferably parallel to the rear wheel axis of the bicycle or the rear wheel, the circuit board runs at least equally spaced from the spokes of the rear wheel. As a result, the drive device itself has a constant thickness or its thickness essentially corresponds to the length of the motor axis of the electric motor.

Des Weiteren ist die Leiterplatte vorzugsweise neben dem Elektromotor in einer Ebene mit einer Isolierkappe des Elektromotors angeordnet. Die Isolierkappe ist ein Teil des Elektromotors und hat die Funktion, dass die Wicklungsverschaltung für die Pole des Elektromotors darin angeordnet werden können. Insbesondere sollen sich die Wickeldrähte mit unterschiedlichem Potential nicht berühren können und durch die Isolierkappe elektrisch voneinander getrennt werden. Dies ist speziell bei Motoren mit mehr als 12 Volt Versorgungsspannung wichtig, wobei die meisten E-Bike-Motoren 36 Volt oder 48 Volt als Versorgungsspannung verwenden. Vorzugsweise kann die Leiterplatte auch derart ausgebildet sein, dass ein Teil der Platte als Isolierkappe des Elektromotors fungiert bzw. ausgebildet ist.Furthermore, the circuit board is preferably arranged next to the electric motor in a plane with an insulating cap of the electric motor. The insulating cap is part of the electric motor and has the function that the winding connections for the poles of the electric motor can be arranged in it. In particular, the winding wires with different potentials should not be able to touch one another and should be electrically isolated from one another by the insulating cap. This is especially important for motors with a supply voltage of more than 12 volts, with most e-bike motors 36 Use volts or 48 volts as the supply voltage. The printed circuit board can preferably also be designed in such a way that part of the plate functions or is designed as an insulating cap of the electric motor.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform weist mindestens eines der Stirnräder und/oder ein Stator des Elektromotors einen oder mehrere Gummidämpfer zur geräuschmäßigen Entkopplung eines benachbarten Stirn-/Zahnrads und/oder vom Gehäuse auf. Die Gummidämpfer haben die Funktion, Vibrationen zu reduzieren und damit Geräusche zu minimieren. Aufgrund der geringeren Vibrationen wird auch ein Materialverschleiß zwischen den Komponenten der Antriebsvorrichtung reduziert und eine Betriebslaufzeit der Antriebsvorrichtung erhöht. Die Gummidämpfer können aus verschiedenen Materialien bestehen und/oder Formen aufweisen, wobei vorzugsweise elastische Gummischeiben oder -ringe eingesetzt werden.In a further advantageous embodiment, at least one of the spur gears and / or a stator of the electric motor has one or more rubber dampers for noise-related decoupling of an adjacent spur gear / gear and / or from the housing. The rubber dampers have the function of reducing vibrations and thus minimizing noise. Due to the lower vibrations, material wear between the components of the drive device is also reduced and the operating time of the drive device is increased. The rubber dampers can consist of different materials and / or have shapes, elastic rubber disks or rings being preferably used.

Ebenso kann der Elektromotor einen BLDC-Motor mit I- oder T-Rotoren und insbesondere mit einer Statorpaketlänge zwischen 20mm bis 40mm, vorzugsweise von 25mm oder 35mm aufweisen. Der BLDC-Motor ist ein bürstenloser Gleichstrommotor und zeigt die besten Voraussetzungen, um sowohl die geforderte Umdrehungsleistung und Drehmoment-Leistung bereitzustellen, als auch eine kompakte und somit platzsparende Anordnung für die Antriebsvorrichtung zu ermöglichen. Die Rotoren haben eine I- oder T-Form, wobei die Statorpaketlänge die zuvor genannten Dimensionen aufweist, um einen platzsparenden Elektromotor bereitzustellen. Der Motor an sich hat vorzugsweise eine Baulänge von 66 mm und beschreibt den Abstand zwischen Getriebe/Motorgehäuse zu Getriebedeckel. Diese Länge ist insofern wichtig, da Begrenzungen nach innen zu den Fahrradspeichen und nach außen zum rechten Fuß des Radfahrers vorliegen.The electric motor can also have a BLDC motor with I or T rotors and, in particular, with a stator packet length between 20 mm and 40 mm, preferably 25 mm or 35 mm. The BLDC motor is a brushless direct current motor and has the best prerequisites for providing both the required rotational power and torque output, as well as enabling a compact and thus space-saving arrangement for the drive device. The rotors have an I or T shape, the stator packet length having the aforementioned dimensions in order to provide a space-saving electric motor. The motor itself is preferably 66 mm long and describes the distance between the gear unit / motor housing and the gear unit cover. This length is important because there are boundaries inward to the bicycle spokes and outward to the right foot of the cyclist.

Vorzugsweise sind der Elektromotor und die Motorsteuerung derart ausgebildet, dass eine Motorbremswirkung auf die Hinterachse übertragbar und/oder eine Rekuperationsbremse zur Energierückgewinnung bereitstellbar ist. Der Elektromotor kann somit auch als Generator verwendet werden, und somit eine Bremswirkung oder Energierückgewinnung ermöglichen. Dadurch wird die Laufleistung bzw. Reichweite des Elektrofahrrads vergrößert. Außerdem können die Handbremsen geschont werden und somit länger verwendet werden.The electric motor and the engine control are preferably designed in such a way that an engine braking effect can be transferred to the rear axle and / or a recuperation brake can be provided for energy recovery. The electric motor can therefore also be used as a generator and thus enable a braking effect or energy recovery. This increases the mileage or range of the electric bike. In addition, the hand brakes can be spared and used longer.

Die vorliegende Erfindung sieht des Weiteren ein Fahrrad mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung vor, wobei die Antriebsvorrichtung mit einer Hinterachse oder einem Hinterrad des Fahrrads in Wirkeingriff steht und an bzw. neben einem Tragrahmen für die Hinterachse und innerhalb eines Ketten- bzw. Riemenumlaufs des Fahrrads angeordnet ist. Die hierbei vorgeschlagene Positionierung der Antriebsvorrichtung ist platzsparend und liegt nahe der Hinterachse des Fahrrads, um das Hinterrad direkt oder indirekt, z.B. ein Nabengetriebe, anzutreiben.The present invention further provides a bicycle with a drive device according to the invention, the drive device being in operative engagement with a rear axle or a rear wheel of the bicycle and being arranged on or next to a support frame for the rear axle and within a chain or belt circuit of the bicycle . The proposed positioning of the drive device saves space and is close to the rear axle of the bicycle in order to drive the rear wheel directly or indirectly, e.g. a hub gear.

Vorzugsweise ist das Fahrrad mit einem U-förmigen und um das Hinterrad angeordneten Hilfsrahmen mit Halterungs- und/oder Befestigungseinrichtungen für Akkumulatoren, und insbesondere mit an oder in dem Hilfsrahmen befestigten Akkumulatoren, ausgestattet. Der hierbei vorgeschlagene Hilfsrahmen dient als Aufnahmeeinrichtung insbesondere für Akkumulatoren, kann aber auch für zusätzlichen Aufbewahrungsraum für z.B. Ersatzreifen oder Werkzeug dienen. Durch die besondere Form und Anordnung bietet der Hilfsrahmen eine Stabilisierung, wobei der Schwerpunkt auf der Radspur liegt und somit ein seitliches Kippen des Fahrrads in eine bestimmte Richtung verhindert.The bicycle is preferably equipped with a U-shaped subframe arranged around the rear wheel with holding and / or fastening devices for accumulators, and in particular with accumulators attached to or in the subframe. The subframe proposed here serves as a receiving device, especially for batteries, but can also be used for additional storage space for e.g. spare tires or tools. Due to its special shape and arrangement, the subframe offers stabilization, with the focus on the wheel track and thus preventing the bike from tipping sideways in a certain direction.

Insbesondere sind die Akkumulatoren vorzugsweise auf der gegenüberliegenden Seite, bezogen auf das Hinterrad, zur Antriebsvorrichtung angeordnet. Um der Verlagerung des Schwerpunkts durch die Antriebsvorrichtung entgegenzuwirken, sind die Akkumulatoren vorzugsweise auf der anderen Seite des Rads angeordnet. Alternativ können die Akkumulatoren gewichtsmäßig derart verteilt sein, dass diese das Gewicht der Antriebsvorrichtung ausgleichen.In particular, the accumulators are preferably arranged on the opposite side, based on the rear wheel, to the drive device. In order to counteract the shift in the center of gravity caused by the drive device, the accumulators are preferably arranged on the other side of the wheel. Alternatively, the accumulators can be distributed in terms of weight in such a way that they compensate for the weight of the drive device.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Hilfsrahmen als tragende Einrichtung für einen Gepäckträger ausgebildet und/oder weist Kontroll- und/oder Bremslichter sowie eine elektronische Steuerung für das Fahrrad auf. Hierbei handelt es sich um zusätzliche Funktionen, die der Hilfsrahmen zur Verfügung stellen kann. Der Hilfsrahmen bildet hierdurch eine kompakte Einheit, die an das Rad montiert werden kann. Die Steuerelektronik für den Motor ist vorzugsweise im Antrieb integriert. Das Antriebsgehäuse ist vorzugsweise aus Aluminium und wird fest mit dem Tragrahmen verschraubt. In Verbindung mit Kühlrippen, und da der Antrieb direkt im Luftstrom angeordnet ist, kann das zu einer effektiven Entwärmung der Steuerelektronik genutzt werden.In a further advantageous embodiment, the subframe is designed as a supporting device for a luggage rack and / or has control and / or brake lights and an electronic control system for the bicycle. These are additional functions that the subframe can provide. The subframe thus forms a compact unit that can be mounted on the wheel. The control electronics for the motor are preferably integrated in the drive. The drive housing is preferably made of aluminum and is firmly screwed to the support frame. In connection with cooling fins, and since the drive is arranged directly in the air flow, this can be used to effectively cool the control electronics.

Vorzugsweise ist die Antriebsvorrichtung an dem Tragrahmen und/oder dem Hilfsrahmen des Fahrrads befestigt oder ist Teil des Tragrahmens oder des Hilfsrahmens. Diese verschiedenen Befestigungs- und Anordnungsmöglichkeiten der Antriebsvorrichtung erlauben eine flexible Montage und Herstellung der Fahrräder. Der Tragrahmen ist in erster Linie dazu ausgebildet, die Achse des Hinterrads entweder drehbar oder fixiert zu befestigen bzw. zu lagern. Hierbei kann der Tragrahmen einen Teil des Fahrradrahmens bilden.Preferably, the drive device is attached to the support frame and / or the subframe of the bicycle or is part of the support frame or the subframe. These different fastening and arrangement options for the drive device allow flexible assembly and manufacture of the bicycles. The support frame is primarily designed to fasten or mount the axle of the rear wheel either rotatably or in a fixed manner. Here, the support frame can form part of the bicycle frame.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen

1 eine Seitenansicht auf einen Teil eines Fahrrads, das mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ausgestattet ist;
2 eine Draufsicht auf das Fahrrad aus 1;
3 eine Draufsicht auf ein weiteres Fahrrad, das dem gemäß 1 ähnelt, wobei die Positionierung des rechten Fußes abgebildet ist;
4a eine perspektivische Ansicht auf die Antriebsvorrichtung;
4b eine weitere perspektivische Ansicht auf die Antriebsvorrichtung mit Blick auf das Getriebe;
5 eine perspektivische Ansicht auf die Rückseite der Antriebsvorrichtung;
6 eine perspektivische Ansicht auf das Getriebe der Antriebsvorrichtung;
7 eine perspektivische Ansicht auf den Elektromotor der Antriebsvorrichtung;
8 eine weitere perspektivische Ansicht auf die Rückseite der Antriebsvorrichtung;
9 eine perspektivische Ansicht auf die Antriebsvorrichtung mit geöffnetem Gehäusedeckel und ohne Getriebe;
10 eine perspektivische Ansicht auf die Rückseite eines Fahrrads gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
11 eine Draufsicht auf das Fahrrad gemäß 10;
12 eine perspektivische Ansicht auf das Hinterteil eines Fahrrads gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
13 eine Draufsicht auf das Fahrrad gemäß 12;
14 eine perspektivische Ansicht auf die Rückseite eines Fahrrads gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
15 eine Draufsicht auf das Fahrrad gemäß 14;
16 eine perspektivische Ansicht auf einen Teil eines Fahrrads mit einer eingebauten bzw. montierten Antriebsvorrichtung;
17 eine perspektivische Ansicht auf die Rückseite eines Fahrrads mit einem Hilfsrahmen und einer eingebauten Antriebsvorrichtung;
18 eine weitere perspektivische Ansicht auf ein Fahrrad mit dem aus 17 gezeigten Hilfsrahmen; und
19 eine Querschnittsansicht durch die Hinterachse eines Fahrrads mit Nabengetriebe sowie mit einer eingesetzten Antriebsvorrichtung, wobei dessen Abtriebselement mit dem Hinterrad in Wirkeingriff steht.

The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show in it

1 a side view of part of a bicycle that is equipped with a drive device according to the invention;
2 a top view of the bike 1 ;
3 a plan view of another bicycle that according to 1 similar, with the positioning of the right foot shown;
4a a perspective view of the drive device;
4b a further perspective view of the drive device with a view of the transmission;
5 a perspective view of the rear of the drive device;
6th a perspective view of the transmission of the drive device;
7th a perspective view of the electric motor of the drive device;
8th a further perspective view of the rear of the drive device;
9 a perspective view of the drive device with the housing cover open and without a gear;
10 a perspective view of the rear of a bicycle according to a first embodiment;
11 a top view of the bicycle according to 10 ;
12 a perspective view of the rear part of a bicycle according to a second embodiment;
13 a top view of the bicycle according to 12 ;
14th a perspective view of the rear of a bicycle according to a third embodiment;
15th a top view of the bicycle according to 14th ;
16 a perspective view of part of a bicycle with a built-in or mounted drive device;
17th a perspective view of the rear of a bicycle with a subframe and a built-in drive device;
18th another perspective view of a bicycle with the off 17th shown subframe; and
19th a cross-sectional view through the rear axle of a bicycle with a hub gear and with an inserted drive device, the output element of which is in operative engagement with the rear wheel.

1 zeigt die Hinterseite eines Fahrrads gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Seitenansicht. Das Fahrrad weist ein Hinterrad 7 sowie eine Antriebsvorrichtung 1 auf, die am Fahrradrahmen befestigt sind. Die Antriebsvorrichtung 1 steht mit dem Hinterrad 7 in Wirkeingriff und ist ausgebildet bzw. ausgelegt, ein Drehmoment auf das Hinterrad 7 zu übertragen und/oder bei einer Rekuperation zur Energierückgewinnung zu fungieren. Die Antriebsvorrichtung 1 ist an der Hinterachse der Hinterrads 7 angeordnet, wobei ein Antriebselement der Antriebsvorrichtung 1 (nicht sichtbar) konzentrisch um die Hinterachse gelagert ist. Des Weiteren ist die Antriebsvorrichtung 1 innerhalb der Fahrradkette bzw. Fahrradriemen 2, d.h. unterhalb der oberen Kettenlinie und oberhalb der unteren Kettenlinie, sowie rechts neben den Radspeichen des Hinterrads 7 und links neben dem Tragerahmen des Hinterrads 7 angeordnet und befestigt. In diesem Beispiel ist die Antriebsvorrichtung 1 mit zwei Schrauben an dem Rahmen, insbesondere an der Rahmeninnenseite, befestigt. 1 shows the rear of a bicycle according to a preferred embodiment in side view. The bike has a rear wheel 7th and a drive device 1 that are attached to the bike frame. The drive device 1 stands with the rear wheel 7th in operative engagement and is designed or designed to apply a torque to the rear wheel 7th to transfer and / or to act for energy recovery during recuperation. The drive device 1 is on the rear axle of the rear wheel 7th arranged, wherein a drive element of the drive device 1 (not visible) is mounted concentrically around the rear axle. Furthermore is the drive device 1 within the bicycle chain or bicycle belt 2 , ie below the upper chain line and above the lower chain line, as well as to the right of the wheel spokes of the rear wheel 7th and to the left of the rear wheel support frame 7th arranged and attached. In this example is the drive device 1 with two screws on the frame, especially on the inside of the frame.

2 zeigt eine Draufsicht auf das Fahrrad von 1, wobei die Tretkurbeln 3 und die Pedale 4 gekennzeichnet sind. 2 FIG. 14 shows a top view of the bicycle of FIG 1 , taking the cranks 3 and the pedals 4th Marked are.

3 zeigt zusätzlich die Positionierung eines Fußes mittels eines Fußabdrucks 5 auf dem rechten Pedal und somit den Abstand bzw. die Raumfreiheit des Fußes zur Antriebsvorrichtung 1. Das hiergezeigte Fahrrad unterscheidet sich von dem Fahrrad aus 1 bzw. 2 dadurch, dass die Antriebsvorrichtung 1 aufgrund eines größeren Elektromotors dicker ist und somit teilweise über den unteren Rahmen hinausragt. Unter anderem kann hierbei der Rahmen auf der rechten Seite des Hinterrads entsprechend angepasst sein, um die dickere Antriebsvorrichtung 1 aufzunehmen. 3 additionally shows the positioning of a foot by means of a footprint 5 on the right pedal and thus the distance or the space between the foot and the drive device 1 . The bike shown here is different from the bike 1 or. 2 in that the drive device 1 is thicker due to a larger electric motor and thus partially protrudes beyond the lower frame. Among other things, the frame on the right side of the rear wheel can be adapted accordingly to accommodate the thicker drive device 1 record.

4a zeigt die Antriebsvorrichtung 1 als bevorzugtes Ausführungsbeispiel, wobei auf der einen Seite der Antriebsvorrichtung 1 der Gehäusedeckel 11 befestigt ist, um das Getriebe (nicht sichtbar) abzudecken. Durch den Gehäusedeckel 11 erstreckt sich eine Achslagerung 20, die zur Aufnahme und Lagerung der Hinterradachse dient. 4a shows the drive device 1 as a preferred embodiment, on one side of the drive device 1 the housing cover 11 is attached to cover the gearbox (not visible). Through the housing cover 11 an axle bearing extends 20th which is used to hold and store the rear wheel axle.

4b zeigt die gleiche Antriebsvorrichtung 1 aus 4a ohne Gehäusedeckel, wodurch das Innenleben der Antriebsvorrichtung, 1 insbesondere das Getriebe mit einem Motorritzel 14, einem Zahnsatzrad 15 und einem Abtriebszahnrad 16, zu sehen ist. Das Motorritzel 14 ist mit dem Zahnsatzrad 15 im Wirkeingriff. Das gleiche gilt für das Zahnsatzrad 15 und das Abtriebszahnrad 16. Die drei genannten Komponenten 14, 15 und 16, auch Stirnräder genannt, bilden das zweistufige Getriebe und sind in der Antriebsvorrichtung 1, insbesondere in dessen Antriebsgehäuse, drehbar lagernd angeordnet. Das Motorritzel 14 ist am Ende der Elektromotorwelle angeordnet und befestigt. Das Getriebe an sich hat die Funktion, die hohe Drehzahl des Elektromotors auf eine geringere Drehzahl herunterzustufen. Dadurch kann der Elektromotor mit einer höheren Drehzahl betrieben werden, was für dessen Effizienz von Vorteil ist. Die Achse des Elektromotors, des Zahnsatzrads 15 sowie des Abtriebszahnrads 16 sind parallel und beabstandet zueinander ausgebildet und liegen auf einer Geraden. 4b shows the same drive device 1 out 4a without housing cover, whereby the inner workings of the drive device, 1 in particular the transmission with a motor pinion 14th , a gear wheel 15th and an output gear 16 , you can see. The motor pinion 14th is with the gear wheel 15th in operative engagement. The same goes for the gear wheel 15th and the output gear 16 . The three components mentioned 14th , 15th and 16 , also called spur gears, form the two-stage gear and are in the drive device 1 , in particular in the drive housing, arranged rotatably in storage. The motor pinion 14th is arranged and fastened at the end of the electric motor shaft. The transmission itself has the function of reducing the high speed of the electric motor to a lower speed. As a result, the electric motor can be operated at a higher speed, which is advantageous for its efficiency. The axis of the electric motor, the gear wheel 15th as well as the output gear 16 are parallel and spaced apart from one another and lie on a straight line.

5 zeigt die Rückseite der Antriebsvorrichtung, wobei das Antriebsgehäuse 10, der Gehäusedeckel 12 für die Elektronik, insbesondere für die Steuerleiterplatte, sowie der Abtrieb 13 gekennzeichnet sind. Das Antriebsgehäuse 10 weist auf der dem Gehäusedeckel gegenüberliegenden Seite eine Vielzahl von parallel angeordneten Rippen auf, die zur Gehäusestabilisierung und/oder als Kühlrippen fungieren und ausgebildet sein können. In dem Antriebsgehäuse 10 ist der Elektromotor sowie das Getriebe untergebracht. Der Gehäusedeckel 12 für die Elektronik bzw. die Steuerleiterplatte liegt bündig auf der Steuerleiterplatte sowie teilweise auf dem Teil des Antriebsgehäuses 10, in dem der Elektromotor untergebracht ist, auf. Der Abtrieb 13 ist zylinderförmig und weist konzentrisch angeordnete Erhebungen zum Eingriff z.B. in ein Nabenschaltungsgetriebe des Hinterrads auf. Zusätzlich erkennt man die Hinterradachse, die durch den Abtrieb 13 verläuft. 5 shows the rear of the drive device, with the drive housing 10 , the housing cover 12 for the electronics, especially for the control circuit board, as well as the output 13 Marked are. The drive housing 10 has, on the side opposite the housing cover, a plurality of ribs arranged in parallel, which function and can be designed to stabilize the housing and / or as cooling ribs. In the drive housing 10 the electric motor and the gearbox are housed. The housing cover 12 for the electronics or the control circuit board is flush with the control circuit board and partially on the part of the drive housing 10 , in which the electric motor is housed. The downforce 13 is cylindrical and has concentrically arranged elevations for engagement, for example, in a gear hub of the rear wheel. You can also see the rear wheel axle, which is driven by the downforce 13 runs.

6 zeigt das Getriebe mit dem Motorritzel 14, dem Zahnsatzrad 15 und dem Abtriebszahnrad 16. Das Zahnsatzrad 15 weist ein erstes Zahnrad und ein zweites Zahnrad auf, wobei das zweite Zahnrad kleiner als sowie konzentrisch und drehfest relativ zum ersten Zahnrad ausgebildet ist. Hierbei ist das erste Zahnrad mit dem Motorritzel 14 und das zweite Zahnrad mit dem Abtriebszahnrad 16 in Wirkeingriff. Die Achse des Zahnrads 15 ist an beiden Enden durch jeweils ein Kugellager 22 drehbar gelagert. Das Abtriebszahnrad 16 ist auf einer Hohlwelle 19 des Abtriebs 13 befestigt. Die Hohlwelle 19 selbst ist über zwei Kugellager 22 drehbar in der Antriebsvorrichtung gelagert, wobei in dieser Figur nur ein Kugellager 22 sichtbar ist. Zur Übertragung des Drehmoments auf die Hohlwelle 19 ist das Abtriebszahnrad 16 auf einem Klemmkörperfreilauf 21 angeordnet und mit diesem in Wirkeingriff. 6th shows the gearbox with the motor pinion 14th , the gear wheel 15th and the output gear 16 . The gear wheel 15th has a first gear and a second gear, the second gear being smaller than, concentric and non-rotatably relative to the first gear. Here is the first gear with the motor pinion 14th and the second gear with the output gear 16 in operative engagement. The axis of the gear 15th is supported by a ball bearing at both ends 22nd rotatably mounted. The output gear 16 is on a hollow shaft 19th of the output 13 attached. The hollow shaft 19th itself is about two ball bearings 22nd rotatably mounted in the drive device, in this figure only one ball bearing 22nd is visible. To transfer the torque to the hollow shaft 19th is the output gear 16 on a sprag freewheel 21st arranged and with this in operative engagement.

7 zeigt den Elektromotor der Antriebsvorrichtung 1 mit seinem Stator 23 bzw. Statorblechpaket, dem Rotor 24, der Motorwelle 25, den Schneidklemmkontakten 26 sowie seinen Einpresszonenelementen 27. Da der Motor sowohl zur Drehmomenterzeugung als auch zur Energierückgewinnung ausgelegt ist, werden die Schneidklemmkontakte 26 zur Stromversorgung des Elektromotors oder zum Stromabgriff bei einer Rekuperation verwendet. Die Einpresszonenelemente 27 dienen sowohl zur elektrischen Kontaktierung als auch zur Befestigung mit der Steuerleiterplatte (nicht dargestellt). 7th shows the electric motor of the drive device 1 with its stator 23 or stator core, the rotor 24 , the motor shaft 25th , the insulation displacement contacts 26th as well as its press-fit zone elements 27 . Since the motor is designed for both torque generation and energy recovery, the insulation displacement contacts are 26th used to power the electric motor or to pick up power during recuperation. The press-fit zone elements 27 serve both for electrical contacting and for attachment to the control circuit board (not shown).

8 zeigt eine weitere Ansicht auf die Rückseite der Antriebsvorrichtung 1, im Detail den Bereich des Antriebsgehäuses, in dem der Elektromotor untergebracht ist und an dem die Steuerleiterplatte 28 an der Außenseite des Antriebsgehäuses angeordnet ist. Die Schneidklemmkontakte 26 des Elektromotors erstrecken sich durch entsprechende Öffnungen aus dem Antriebsgehäuse und sind elektrisch mit der Steuerleiterplatte 28 verbunden und vorzugsweise durch Lötkontakte oder Klemmeinrichtungen befestigt. 8th shows a further view of the rear of the drive device 1 , in detail the area of the drive housing in which the electric motor is housed and on which the control circuit board 28 is arranged on the outside of the drive housing. The insulation displacement contacts 26th of the electric motor extend through corresponding openings from the drive housing and are electrical with the control circuit board 28 connected and preferably fastened by solder contacts or clamping devices.

9 zeigt das Antriebsgehäuse 10 der Antriebsvorrichtung gemäß 4a bzw. 4b. In dem Antriebsgehäuse 10 ist der Elektromotor in einem zylinderförmigen Sackloch angeordnet, wobei das Motorritzel 14 am Ende der Drehachse des Elektromotors befestigt ist. Der Elektromotor selbst wird durch ein Motorlagerschild 17 in dem Sackloch gehalten und angeordnet. Das Motorlagerschild 17 ist ringförmig ausgebildet, um die Motorachse und somit das Motorritzel 14 durchzuführen. Das Motorlagerschild 17 ist an dem Gehäuse 10 mittels Befestigungsmitteln, insbesondere in Form von Schrauben montiert. In dieser Figur sind das Zahnsatzrad sowie das Abtriebszahnrad nicht eingesetzt und somit nicht dargestellt. 9 shows the drive housing 10 the drive device according to 4a or. 4b . In the drive housing 10 the electric motor is arranged in a cylindrical blind hole, the motor pinion 14th is attached to the end of the axis of rotation of the electric motor. The electric motor itself is powered by a motor end shield 17th held and arranged in the blind hole. The engine end shield 17th is ring-shaped around the motor axis and thus the motor pinion 14th perform. The engine end shield 17th is on the housing 10 mounted by means of fastening means, in particular in the form of screws. In this figure, the gear set and the output gear are not used and are therefore not shown.

10 zeigt einen Teil eines Fahrrads, das mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 ausgestattet ist. Die Antriebsvorrichtung 1 ist an dem Tragrahmen 6 des Fahrrads befestigt und befindet sich innerhalb des Umlaufs des Zahn- bzw. Kettenriemens. Das Abtriebselement (nicht sichtbar) der Antriebsvorrichtung ist an der Hinterradachse 9 lagernd befestigt und im Wirkeingriff mit der Hinterradnabe 8. 10 shows part of a bicycle equipped with a drive device according to the invention 1 Is provided. The drive device 1 is on the support frame 6th of the bicycle and is located within the circuit of the toothed or chain belt. The output element (not visible) of the drive device is on the rear wheel axle 9 fastened in stock and in operative engagement with the rear wheel hub 8th .

11 zeigt eine Draufsicht auf das Elektrorad gemäß 10. Der parallel zur Radspur liegende Abstand von der Achse des rechten Fußpedals zum unteren Tragrahmen 6 des Fahrrads beträgt in diesem Fall 18,7 cm. 11 shows a plan view of the electric bike according to 10 . The distance from the axis of the right foot pedal to the lower support frame, parallel to the wheel track 6th of the bike is 18.7 cm in this case.

12 zeigt einen Teil eines Fahrrads gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die Antriebsvorrichtung 1 Teil des Tragrahmens 6 ist. Das bedeutet, dass der Tragrahmen Teil/e des Antriebsgehäuses und/oder des Gehäusedeckels der Antriebsvorrichtung 1 bildet. 12 shows part of a bicycle according to a second embodiment, wherein the drive device 1 Part of the support frame 6th is. This means that the support frame is part / s of the drive housing and / or of the housing cover of the drive device 1 forms.

13 zeigt eine Draufsicht auf das Elektrofahrrad gemäß 12. Der parallel zur Radspur liegende Abstand von der Achse des rechten Fußpedals zum unteren Tragrahmen 6 des Fahrrads beträgt in diesem Fall 14,8 cm. 13 FIG. 13 shows a top view of the electric bicycle according to FIG 12 . The distance from the axis of the right foot pedal to the lower support frame, parallel to the wheel track 6th of the bike is 14.8 cm in this case.

14 zeigt einen Teil eines Elektrofahrrads gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. In diesem Fall ist die Antriebsvorrichtung 1 wie in 10 an einem Tragrahmen 6 befestigt. Im Vergleich zu 10 sind die Winkel an dem Tragrahmen 6 zumindest teilweise steiler, wodurch die Antriebsvorrichtung 1 über den Tragrahmen 6 nach außen hinausragen kann. 14th shows part of an electric bicycle according to a further embodiment. In this case the drive device is 1 as in 10 on a support frame 6th attached. Compared to 10 are the angles on the support frame 6th at least partially steeper, whereby the drive device 1 over the support frame 6th can protrude outwards.

15 zeigt eine Draufsicht auf das Elektrofahrrad gemäß 14. Der parallel zur Radspur liegende Abstand von der Achse des rechten Fußpedals zum Gehäuse der Antriebsvorrichtung des Fahrrads beträgt in diesem Fall 18,7 cm. 15th FIG. 13 shows a top view of the electric bicycle according to FIG 14th . The distance from the axis of the right foot pedal to the housing of the drive device of the bicycle, which is parallel to the wheel track, is 18.7 cm in this case.

16 zeigt einen seitlichen Abschnitt des Elektrofahrrads mit einer montierten Antriebsvorrichtung 1. Die Antriebsvorrichtung 1 ist an dem Tragrahmen 6 befestigt. Zur Messung der Umdrehungsgeschwindigkeit und somit der Geschwindigkeit des Elektrorads weist die Antriebsvorrichtung einen Drehzahlsensor 29 auf, der in diesem Fall an der Steuerleiterplatte ausgebildet ist. Zur Messung der Umdrehungen ist ein Drehzahlgeber 30 an einer Speiche des Hinterrads befestigt. Vorzugsweise wird hierbei ein Hall-Sensor als Drehzahlsensor und ein Magnet als Drehzahlgeber verwendet. 16 Fig. 3 shows a side section of the electric bicycle with a drive device mounted 1 . The drive device 1 is on the support frame 6th attached. To measure the speed of rotation and thus the speed of the electric bike, the drive device has a speed sensor 29 on, which is formed in this case on the control circuit board. A speed sensor is used to measure the revolutions 30th attached to a spoke of the rear wheel. A Hall sensor is preferably used as the speed sensor and a magnet is used as the speed sensor.

17 zeigt eine Seitenansicht auf ein Elektrofahrzeug gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, wobei die Antriebsvorrichtung 1 an dem Tragrahmen 6 befestigt ist. Zusätzlich ist ein U-förmiger Hilfsrahmen 31 um das Hinterrad des Fahrrads angeordnet und auf der Hinterradachse gelagert und befestigt. In dem Hilfsrahmen 31 sind Akkupakete 32 angeordnet und befestigt, wobei an der Rückseite Rückleuchten 33 und Blinker 34 in Form von LEDs ausgebildet sind. 17th shows a side view of an electric vehicle according to a further embodiment, wherein the drive device 1 on the support frame 6th is attached. In addition, there is a U-shaped subframe 31 arranged around the rear wheel of the bicycle and mounted and fastened on the rear wheel axle. In the subframe 31 are battery packs 32 arranged and attached, with rear lights on the back 33 and turn signals 34 are in the form of LEDs.

18 zeigt einen weiteren Blick auf das Elektrorad aus 17, wobei der Hilfsrahmen 31 gekennzeichnet ist. Der Hilfsrahmen 31 ist an seiner rechten Seite derart geformt, dass die Zahnradkette, insbesondere die obere Kettenlinie, überdacht ist. 18th shows another look at the electric bike 17th , with the subframe 31 is marked. The subframe 31 is shaped on its right side in such a way that the gear chain, especially the upper chain line, is covered.

19 zeigt einen Querschnitt entlang der Hinterradachse mit einer daran angeordneten Antriebsvorrichtung 1, wobei die Antriebsvorrichtung 1, insbesondere das Abtriebselement 13, mit dem Nabenschaltungsgetriebe 35 in Wirkeingriff steht. Die Hinterradachse 9 ist auf der linken Seite mit dem Tragrahmen 6 befestigt, wobei neben dem Tragrahmen 6 die Schalteinheit 36 angeordnet ist. Die Schalteinheit 36 wirkt mit dem Nabenschaltungsgetriebe 35 zusammen, um verschiedene Gänge zu schalten. Um das Nabenschaltungsgetriebe ist der Speichenflansch 37 angeordnet, von dem aus die Speichen zum Hinterrad führen. Auf der rechten Seite sieht man ebenfalls einen Teil des Tragrahmens 6, durch den sowohl ein Teil des Gehäusedeckels 11 als auch die Hinterachse 9 verläuft, wobei der Gehäusedeckel 11 und die Hinterachse 9 drehfest angeordnet sind. Das Abtriebselement 13 ist mit einer Hohlwelle 19 verbunden bzw. weist eine derartige zusätzlich auf, die um die Hinterradachse konzentrisch ausgebildet ist. Aufgrund zweier Kugellager 22, die einerseits mit der Hohlwelle 19 und andererseits mit dem Gehäusedeckel 11 bzw. dem Antriebsgehäuse 10 verbunden sind, kann die Hohlwelle 19 bzw. das Abtriebselement 13 um die Hinterradachse 9 rotieren. Zur Übertragung einer Rotationskraft ist die Hohlwelle 19 zum einem mit einem Klemmkörperfreilaufelement 21 verbunden. Dieses Freilaufelement 21 ist wiederum mit dem Abtriebszahnrad 16 verbunden, das über das Getriebe der Antriebsvorrichtung 1 durch den Elektromotor in Rotation versetzt wird. Ein weiteres Klemmkörperfreilaufelement 21 ist direkt mit dem Nabenschaltungsgetriebe 35 verbunden, das wiederum die Kraft von einer Kette bzw. einem Zahnriemen 2 über das Kettenritzel 38 auf das Nabenschaltungsgetriebe 35 übertragen kann. 19th shows a cross section along the rear wheel axle with a drive device arranged thereon 1 , the drive device 1 , especially the output element 13 , with the gear hub 35 is in operative engagement. The rear axle 9 is on the left with the support frame 6th attached, in addition to the support frame 6th the switching unit 36 is arranged. The switching unit 36 works with the gear hub 35 together to shift different gears. The spoke flange is around the gear hub 37 arranged from which the spokes lead to the rear wheel. On the right side you can also see part of the supporting frame 6th through which both part of the housing cover 11 as well as the rear axle 9 runs, with the housing cover 11 and the rear axle 9 Are rotatably arranged. The output element 13 is with a hollow shaft 19th connected or has such an additional, which is formed concentrically around the rear wheel axle. Because of two ball bearings 22nd the one hand with the hollow shaft 19th and on the other hand with the housing cover 11 or the drive housing 10 connected, the hollow shaft 19th or the output element 13 around the rear axle 9 rotate. The hollow shaft is used to transmit a rotational force 19th on the one hand with a clamping body freewheel element 21st connected. This freewheel element 21st is in turn with the output gear 16 connected via the transmission of the drive device 1 is set in rotation by the electric motor. Another sprag freewheel element 21st is directly connected to the gear hub 35 connected, which in turn is the power of a chain or a toothed belt 2 about the engine sprocket 38 on the gear hub 35 can transfer.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: AntriebsvorrichtungDrive device
22: Kette / ZahnriemenChain / toothed belt
33: TretkurbelCrank
44th: Pedalpedal
55: Fußabdruckfootprint
66th: TragrahmenSupport frame
77th: HinterradRear wheel
88th: HinterradnabeRear hub
99: HinterradachseRear axle
1010: AntriebsgehäuseDrive housing
1111: Gehäusedeckel AntriebHousing cover drive
1212: Gehäusedeckel ElektronikHousing cover electronics
1313: AbtriebDownforce
1414th: MotorritzelMotor pinion
1515th: Zahnsatzrad 1Gear wheel 1
1616: AbtriebszahnradOutput gear
1717th: MotorlagerschildEngine bearing shield
1818th: Integrierter SteckerIntegrated connector
1919th: HohlwelleHollow shaft
2020th: AchslagerungAxle bearing
2121st: KlemmkörperfreilaufSprag freewheel
2222nd: Kugellagerball-bearing
2323: Statorstator
2424: Rotorrotor
2525th: MotorwelleMotor shaft
2626th: SchneidklemmkontaktInsulation displacement contact
2727: EinpresszonePress-fit zone
2828: SteuerleiterplatteControl circuit board
2929: Drehzahlsensor HinterradRear wheel speed sensor
3030th: Drehzahlgeber HinterradRear wheel speed sensor
3131: HilfsrahmenSubframe
3232: Akku-PaketBattery pack
3333: Rückleuchten-LEDTaillight LED
3434: Blinker-LEDTurn signal LED
3535: Nabenschaltungsgetriebe (schematische Darstellung)Hub gear (schematic representation)
3636: SchalteinheitSwitching unit
3737: SpeichenflanschSpoke flange
3838: Kettenritzel hinten (optional Zahnriemenritzel hinten)Chain pinion rear (optional toothed belt pinion rear)

Claims

Drive device (1) for a bicycle, with a transmission, an electric motor coupled to the transmission and a motor controller formed on a printed circuit board, at least the transmission and the electric motor being arranged in an at least 2-part housing (10), characterized in that the transmission has an at least 2-stage spur gear with an output element (13), wherein the output element (13) can be arranged concentrically on the rear axle (9) for transmitting a torque directly to a rear axle (9) of the bicycle.

Drive device (1) after Claim 1 , characterized in that the spur gear has at least three spur gears (14, 15, 16), the axes of rotation of the spur gears (14, 15, 16) being arranged parallel and spaced apart from one another in such a way that they lie on a straight line or form an obtuse angle .

Drive device (1) after Claim 2 , characterized in that the spur gears (14, 15, 16) have gears which mesh with a gear of the adjacent spur gear (14, 15, 16) and lie on two parallel planes.

Drive device (1) according to one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the output element (13) has a hollow shaft (19) with recesses into which the rear axle (9) can be inserted.

Drive device (1) according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the output element (13) has teeth which are designed for an operative engagement in a wheel hub (8) of the rear axle (9).

Drive device (1) according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the circuit board is arranged at right angles to the axis of the electric motor and has a power connection and a sensor (29) for detecting the rotation of the rear wheel (9).

Drive device (1) according to one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the circuit board is arranged next to the electric motor in a plane with an insulating cap of the electric motor.

Drive device (1) according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that at least one of the spur gears (14, 15, 16) and / or a stator (23) of the electric motor has one or more rubber dampers for noise-related decoupling of an adjacent spur / gear (14, 15, 16) and / or from Has housing (10).

Drive device (1) according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that the electric motor has a BLDC motor with I or T rotors and in particular with a stator package length between 20mm to 40mm, preferably 25mm or 35mm.

Drive device (1) according to one of the Claims 1 to 9 , characterized in that the electric motor and the engine control are designed in such a way that an engine braking effect can be transferred to the rear axle and / or a recuperation brake can be provided for energy recovery.

Bicycle with a drive device (1) according to one of the preceding claims, wherein the drive device (1) is in operative engagement with a rear axle (9) of the bicycle and on or next to one Support frame (6) for the rear axle (9) and is arranged within a chain or belt circuit of the bicycle.

Bike after Claim 11 , characterized by a U-shaped subframe (31) arranged around the rear wheel with holding and / or fastening devices for accumulators (32), and in particular with accumulators (32) attached to or in the subframe (31).

Bike after Claim 12 , characterized in that the accumulators (32) are arranged on the opposite side, based on the rear wheel, to the drive device.

Bike after Claim 12 or 13 , characterized in that the subframe (31) is designed as a supporting device for a luggage carrier and / or has control and / or brake lights and an electronic control for the bicycle.

Bike after one of the Claims 11 to 14th , characterized in that the drive device (1) is attached to the support frame (6) and / or the auxiliary frame (31) or is part of the support frame (6) or the auxiliary frame (31).