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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Tretlagerantrieb für ein Fahrradtretlager, umfassend einen Antriebsmotor und eine Getriebevorrichtung, wobei die Getriebevorrichtung zumindest eine erste Planetenstufe mit einem ersten Planetensatz mit mehreren Planetenrädern aufweist. Die Planetenräder sind drehbar an einem Planetenträger angeordnet und stehen mit einem Sonnenrad sowie mit einem gehäusefesten Hohlrad im Zahneingriff, wobei das Sonnenrad zumindest mittelbar mit einer Tretkurbelwelle verbunden ist und der Planetenträger zumindest mittelbar mit einer Ritzelwelle eines Ketten- oder Riemenritzels verbunden ist.
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Aus der
DE 10 2009 045 447 A1 geht ein Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb hervor, umfassend einen Elektromotor und eine Batterie, die zur Speicherung elektrischer Energie mit dem Elektromotor verbunden ist. Ferner ist ein Kurbeltrieb mit Tretkurbeln vorgesehen, die an einer Tretkurbelwelle befestigt sind und die um eine Kurbelachse drehbar angeordnet ist. Ein Planetengetriebe ist außerdem zum Antrieb des Fahrrads sowohl durch den Elektromotor als auch durch Muskelkraft eines Fahrers vorgesehen, wobei das Planetengetriebe und der Elektromotor um die Tretkurbelwelle des Kurbeltriebs angeordnet sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, einen Tretlagerantrieb dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine Rekuperation bei gleichzeitig kompakter Bauweise möglich ist. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Ein erfindungsgemäßer Tretlagerantrieb für ein Fahrradtretlager umfasst einen Antriebsmotor und eine Getriebevorrichtung, wobei die Getriebevorrichtung zumindest eine erste Planetenstufe mit einem ersten Planetensatz mit mehreren Planetenrädern aufweist, wobei die Planetenräder drehbar an einem Planetenträger angeordnet sind und mit einem Sonnenrad sowie mit einem gehäusefesten Hohlrad im Zahneingriff stehen, wobei das Sonnenrad zumindest mittelbar mit einer Tretkurbelwelle verbunden ist und der Planetenträger zumindest mittelbar mit einer Ritzelwelle eines Ketten- oder Riemenritzels verbunden ist, wobei zwischen der Tretkurbelwelle und dem Sonnenrad ein Freilauf wirksam angeordnet und dazu eingerichtet ist, die Tretkurbelwelle und das Sonnenrad der Getriebevorrichtung zumindest mittelbar miteinander zu koppeln und voneinander zu entkoppeln.
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Der Antriebsmotor kann sowohl in einem Zugbetrieb als Motor aber auch als Generator in einem Schubbetrieb oder Generatorbetrieb betrieben werden, wobei der Zugbetrieb elektrischer Energie bedarf und der Schubbetrieb elektrische Energie erzeugt. Die benötigte beziehungsweis erzeugte elektrische Energie wird vorzugsweise in einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere in einer Batterie oder einem Akkumulator eingespeist und vorgehalten.
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Der Tretlagerantrieb ist in einem Gehäuse eingehaust, wobei das Gehäuse in einem erfindungsgemäßen Fahrradtretlager angeordnet ist. Die Tretkurbelwelle verbindet zwei Pedale des Fahrrads zumindest mittelbar miteinander, die auf gegenüberliegenden Seiten des Tretlagerantriebs angeordnet sind. Die Tretkurbelwelle kann dazu durch eine durch den Tretlagerantrieb hindurchgeführte Hohlwelle geführt sein, wobei an beiden Enden der Tretkurbelwelle je ein Pedal in bekannter Weise drehfest angeordnet ist. Die Tretkurbelwelle kann alternativ auch als zylindrischer Bolzen ausgebildet sein.
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Der Freilauf ist bevorzugt im Übergangsbereich zwischen der Tretkurbelwelle und einem der Pedale angeordnet. Der Freilauf kann sowohl formschlüssig als auch reibschlüssig ausgeführt sein, d.h. eine Drehmomentübertragung durch den Freilauf kann durch eine Vielzahl von Sperrkörper erfolgen, die beispielsweise einen Innenring und einen Außenring des Freilaufs kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbinden können. Ein Freilauf kann sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass er jeweils in einer Richtung ein Drehmoment übertragen kann und in der entgegengesetzten Richtung nicht. Auf die Drehzahl bezogen bedeutet dies, dass eine Seite schneller drehen kann als die andere.
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Unter einem Freilauf ist somit insbesondere eine Kupplung zu verstehen, welche lediglich in einer Drehrichtung Drehmomente überträgt. Handelt es sich beispielsweise um einen Freilauf, der einseitig sperrt, ist eine Verdrehung einer radial inneren ersten Komponente (z.B. die Verdrehung eines Innenrings des Freilaufs), und einer radial äußeren Komponente (z.B. die Verdrehung eines Außenrings des Freilaufs) um eine gemeinsame Drehachse relativ zueinander in einer ersten Drehrichtung möglich, in einer zweiten Drehrichtung, welche der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist, jedoch nicht.
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Der Innenring des Freilaufs kann beispielsweise drehfest mit der Tretkurbelwelle des Pedals verbunden sein. Der Außenring des wenigstens einen Freilaufs kann demgegenüber zumindest mittelbar mit dem Sonnenrad oder mit einem drehangetriebenen Bauteil des Antriebsmotors verbunden sein. Alternativ kann der Innenring auch zumindest mittelbar mit dem Sonnenrad oder mit einem drehangetriebenen Bauteil des Antriebsmotors verbunden sein, wobei der Außenring drehfest mit der Tretkurbelwelle des Pedals verbunden sein kann.
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Unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ ist zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mithin können zwischen dem Freilauf und dem Sonnenrad noch weitere Bauteile angeordnet sein, die mit dem Freilauf bzw. dem Sonnenrad wirkverbunden sind.
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Vorzugsweise ist der Antriebsmotor als Elektromotor ausgebildet, der einen gehäusefesten Stator und einen auf einer drehbaren Rotorwelle innerhalb des Stators angeordneten Rotor, umfasst. In diesem Fall kann der Innenring des Freilaufs mit dem Rotor des Elektromotors verbunden sein, wobei der Stator stationär am Gehäuse festgesetzt ist.
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Auf diese Weise kann ein Drehmoment von der manuell drehangetriebenen Tretkurbelwelle über den Innenring, die Sperrkörper und den Außenring des Freilaufs auf das Sonnenrad oder auf den Rotor des Elektromotors übertragen werden, wenn sich die Sperrkörper in ihrer sperrenden ersten Stellung befinden. Andererseits ist der Freilauf dazu eingerichtet, zu verhindern, dass ein Drehmoment von dem Sonnenrad oder dem Rotor des Elektromotors über den Außenring, die Sperrkörper und den Innenring des Freilaufs auf die Tretkurbelwelle übertragen wird.
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Vorzugsweise ist der Freilauf dazu eingerichtet, eine kinematische Energie aus dem Ketten- oder Riemenritzels zu entkoppeln, wobei die kinematische Energie zur Rekuperation nutzbar ist. Anders gesagt ermöglicht der Freilauf eine Rekuperation des Tretlagerantriebs, wobei die Tretkurbelwelle über den Freilauf von der kinematischen Energie des Fahrrades entkoppelt wird und diese kinematische Energie somit zur Energierückgewinnung verwendet werden kann. Mithin wird elektrische Energie rückgewonnen, die im Schubbetrieb des Fahrrades erzeugt und in den Energiespeicher eingespeist und dort gespeichert bzw. vorgehalten wird.
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Die Getriebevorrichtung ist bevorzugt als Planetengetriebe ausgebildet, wobei jedes Planetenrad des Planetensatzes radial zwischen der Sonne und dem drehfest mit dem Gehäuse verbundenen Hohlrad kämmt. Zwei miteinander kämmende oder im Zahneingriff stehende Zahnräder sind zur Übertragung eines Drehmoments und einer Drehzahl von dem einen Zahnrad auf das andere Zahnrad vorgesehen. Unter einem „Zahnrad“ sind das Sonnenrad, das Hohlrad sowie das jeweilige Planetenrad zu verstehen. Denkbar ist auch eine alternative Ausbildung der Getriebevorrichtung als Doppelkupplung in parallel versetzter oder in koaxial fluchtender Bauform (Vorgelegewelle).
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Vorzugsweise ist der Planetenträger zumindest mittelbar drehfest mit dem Ketten- oder Riemenritzel verbunden. Mit anderen Worten ist der Planetenträger mit der Ketten- oder Riemenritzel wirkverbunden. Das bedeutet, dass der Planetenträger direkt mit dem Ketten- oder Riemenritzel verbunden sein kann, oder sich zwischen dem Planetenträger und dem Ketten- oder Riemenritzel noch weitere Elemente befinden.
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Das Kettenritzel ist insbesondere als ein- oder mehrstufiges Kettenrad oder Kettenradscheibe ausgebildet, ist drehfest mit der Ritzelwelle verbunden und weist eine Außenverzahnung auf. Das Kettenritzel ist Teil eines in Kettengetriebes bzw. eines Zugmittelgetriebes und überträgt Drehkräfte mit festem oder wechselbarem Übersetzungsverhältnis über eine Kette an ein zweites ein- oder mehrstufiges Kettenritzel an einem Hinterrad des Fahrrades, um das Hinterrad in eine Rotationsbewegung zu versetzen und somit das Fahrrad in eine Fahrtrichtung anzutreiben oder einen manuellen (muskelbetriebenen) Antrieb über die Pedale zu unterstützen. Analog dazu kann ein Riemenritzel dazu ausgebildet sein, eine Drehkraft über einen Riemen auf ein zweites Riemenritzel am Hinterrad des Fahrrades zu übertragen. Mithin sind die Riemenritzel Teil eines Riemengetriebes.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Antriebsmotor axial zwischen dem Planetenträger und der Ritzelwelle angeordnet. In diesem Fall sind sowohl der Planetenträger als auch das Ketten- oder Riemenritzel zumindest mittelbar drehfest mit dem Rotor des Antriebsmotors verbunden, wobei insbesondere das Ketten- oder Riemenritzel über den Rotor drehantreibbar ist. Ein Drehantrieb des Ketten- oder Riemenritzels kann somit entweder komplett manuell über die Tretlagerwelle und die Getriebevorrichtung erfolgen oder durch den Antriebsmotor übernommen oder zusätzlich unterstützt werden. Anders gesagt kann ein zusätzliches Antriebsmoment erzeugt werden, um eine Drehzahl des Ketten- oder Riemenritzels aufzubringen, konstant zu halten oder zu steigern. Des Weiteren kann durch den als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor eine Rekuperation erfolgen, um elektrische Energie zu gewinnen.
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Vorteilhaft ist bei einer derartigen Ausgestaltung des Tretlagerantriebs, dass er besonders einfach und kompakt ausgebildet werden kann, wobei insbesondere die elektrische Verbindung des Antriebsmotors auf einfache Weise zu bewerkstelligen ist.
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Beispielsweise in einer Bergauffahrt des Fahrrades kann dessen manueller Antrieb in einem Zugbetrieb durch den Antriebsmotor unterstützt werden. Dabei wird das Sonnenrad, das das von der Tretkurbelwelle wirkende Drehmoment aufnimmt und unmittelbar überträgt, in eine Rotation versetzt, wodurch der Planetenträger über die Planetenräder in eine Rotationsbewegung mit einer ersten Drehzahl versetzbar ist. Mithin wird die als Planetengetriebe ausgebildete Getriebevorrichtung in einem Umlaufbetrieb betrieben. Der Elektromotor kann derart betätigt und betrieben werden, dass das Ketten- oder Riemenritzel in einer zweiten, beliebig einstellbaren Drehzahl angetrieben werden kann, die sowohl der ersten Drehzahl entsprechen oder größer eingestellt werden kann.
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Während einer steigungsfreien bzw. im Wesentlichen ebenen Fahrt des Fahrrades wird die Getriebevorrichtung in einem Blockbetrieb betrieben, wobei das Sonnenrad und die Planetenräder synchron drehen. Auch in diesem Fall liegt ein Zugbetrieb vor, wobei der Antriebsmotor derart einsetzbar ist, dass die Drehzahl des Ketten- oder Riemenritzels ohne Übersetzung konstant gehalten oder gesteigert werden kann. Vorteilhaft ist, dass die Drehzahl des Antriebsmotors bzw. des Rotors der Drehzahl des Abtriebs, das heißt der Ritzelwelle entspricht.
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Demgegenüber kann das Fahrrad auch im Schubbetrieb betrieben werden, wobei beispielsweise während eines freien Rollens die Tretkurbelwelle nicht in einer der Vorwärtsfahrrichtung des Fahrrades entsprechenden Drehrichtung rotiert bzw. angetrieben wird, sondern nicht angetrieben oder in einer entgegengesetzten Drehrichtung gedreht wird. In diesem Fall wird das des Ketten- oder Riemenritzel von dem Hinterrad des Fahrrades angetrieben, sodass sowohl der Rotor des Elektromotors als auch der Planetenträger, die Planetenräder sowie das Sonnenrad rotieren. Eine Rotation der Tretkurbelwelle in eine entgegengesetzte Drehrichtung wird durch den Freilauf verhindert.
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Zur Verwirklichung der Rekuperation kann der Elektromotor im Generatorbetrieb die Rotationsgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl des Ritzels bzw. des Rotors reduzieren bzw. verzögern, wobei infolgedessen elektrische Energie gewonnen wird, die in den Energiespeicher eingespeist und gespeichert wird. Durch die ritzelseitige Anordnung des Antriebsmotors ist eine Kühlung des Antriebsmotors mit einfachen Mitteln möglich.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Antriebsmotor axial zwischen dem Freilauf und dem Sonnenrad angeordnet. In diesem Fall sind sowohl die Tretkurbelwelle als auch das Sonnenrad zumindest mittelbar drehfest mit dem Rotor des Antriebsmotors verbunden, wobei insbesondere das Sonnenrad durch den Antriebsmotor drehantreibbar ist. Ein Antrieb des Sonnenrades kann somit entweder manuell über die Tretlagerwelle erfolgen oder durch den Antriebsmotor übernommen oder unterstützt werden. Mit anderen Worten kann ein zusätzliches Antriebsmoment erzeugt werden, um eine Drehzahl des Ketten- oder Riemenritzels aufzubringen, konstant zu halten oder zu steigern. Des Weiteren kann durch den als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor eine Rekuperation erfolgen, um elektrische Energie zu gewinnen.
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Vorteilhaft ist bei einer derartigen Ausgestaltung des Tretlagerantriebs, dass er besonders einfach und kompakt ausgebildet werden kann. Der Antriebsmotor kann mit einer hohen Drehzahl betrieben werden, sodass eine geringe Wärmeentwicklung erfolgt, wobei die Drehzahl des Antriebsmotors in diesem Fall der Drehzahl des Sonnenrades entspricht. Somit kann das aufzubringende Drehmoment am Antriebsmotor aufgrund der möglichen Übersetzung reduziert werden.
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Beispielsweise während einer Bergauffahrt des Fahrrades kann dessen manueller Antrieb in einem Zugbetrieb durch den Antriebsmotor unterstützt werden. Mithin liegt ein Umlaufbetrieb des als Planetengetriebe ausgebildeten Getriebevorrichtung vor, wobei das Sonnenrad, das mit den Planetenrädern in Zahneingriff steht, mit einer bestimmten Drehgeschwindigkeit rotiert und damit über die Planetenräder den Planetenträger in eine Rotationsbewegung versetzt. Unter einem Umlaufbetrieb wird auch ein Umwälzbetrieb der Planetenräder verstanden. Der Elektromotor kann das Ketten- oder Riemenritzel über die Getriebevorrichtung mit einer beliebig einstellbaren Drehzahl antreiben.
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Während einer steigungsfreien bzw. im Wesentlichen ebenen Fahrt des Fahrrades wird die Getriebevorrichtung in einem Blockbetrieb betrieben, wobei das Sonnenrad und die Planetenräder synchron drehen. Auch in diesem Fall liegt der Zugbetrieb vor, wobei der Antriebsmotor derart betreibbar ist, dass die Drehzahl des Ketten- oder Riemenritzels ohne Übersetzung beliebig einstellbar ist, insbesondere konstant gehalten oder gesteigert werden kann.
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Gemäß der alternativen Ausführungsform kann das Fahrrad ebenfalls im Schubbetrieb betrieben werden, wobei beispielsweise während eines freien Rollens die Tretkurbelwelle nicht in einer der Vorwärtsfahrrichtung des Fahrrades entsprechenden Drehrichtung rotiert bzw. angetrieben wird, sondern nicht angetrieben oder in einer entgegengesetzten Drehrichtung rotiert wird. In diesem Fall wird das des Ketten- oder Riemenritzel von dem Hinterrad des Fahrrades über die Kette angetrieben, sodass sowohl der Planetenträger als auch die Planetenräder sowie das Sonnenrad rotieren. Infolge der Rotation des Sonnenrades wird ferner der Rotor des Elektromotors drehangetrieben. Eine Rotation der Tretkurbelwelle in eine entgegengesetzte Drehrichtung wird durch den Freilauf verhindert.
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Zur Verwirklichung der Rekuperation kann der Elektromotor im Generatorbetrieb die Rotationsgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl des Rotors reduzieren bzw. verzögern, wobei dadurch elektrische Energie gewonnen wird, die in den Energiespeicher eingespeist und gespeichert wird.
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Vorzugsweise ist eine Bedieneinrichtung vorgesehen, die dazu vorgesehen ist, den Antriebsmotor, insbesondere den Elektromotor zu bedienen. Unter dem Begriff „bedienen“ ist zu verstehen, dass Fahrradfahrer durch eine manuelle Einflussnahme auf die Bedieneinrichtung beliebig bestimmen kann, in welchem Umfang eine Unterstützung oder Übernahme des Antriebs durch den Antriebsmotor erfolgen soll. Mit anderen Worten kann der Fahrradfahrer bestimmen, mit welchem Drehmoment oder mit welcher Drehzahl der Antrieb des Hinterrades erfolgen soll.
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Bevorzugt ist zwischen der Ritzelwelle und dem Freilauf eine Feststellbremse angeordnet. Die Feststellbremse ist insbesondere manuell betätigbar, sodass in geeigneter Weise eine zumindest mittelbare Blockade der Rotationsbewegung des Ketten- oder Riemenritzels erfolgt.
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Die Feststellbremse ist ferner bevorzugt dazu ausgebildet, in einem ersten Betätigungszustand eine Rotation des Planetenträgers zu blockieren und in einem zweiten Betätigungszustand eine Rotation des Planetenträgers freizugeben. Mit anderen Worten ist die Feststellbremse zwischen dem ersten Betätigungszustand und dem zweiten Betätigungszustand, oder umgekehrt, schaltbar. Beispielsweise kann die Feststellbremse im ersten Betätigungszustand aktiviert sein und im zweiten Betätigungszustand deaktiviert sein. Alternativ kann die Feststellbremse im ersten Betätigungszustand deaktiviert sein und im zweiten Betätigungszustand aktiviert sein. Ferner ist denkbar, dass die Feststellbremse für jeden Zustandswechsel zwischen dem ersten und zweiten Betätigungszustand, und umgekehrt, separat betätigt werden muss. Denkbar ist auch, dass die Feststellbremse eine Rotation des Ketten- oder Riemenritzels, des Sonnenrades oder des Rotors des Antriebsmotors unmittelbar verhindert.
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Vorzugsweise ist die Feststellbremse als Klinkenbremse ausgebildet. Dabei kann eine Klinke der Klinkenbremse derart betätigt werden, dass sie im ersten Betätigungszustand eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen der Klinke und dem Planetenträger erzeugt. Dazu weist der Planetenträger an dessen Außenumfangsfläche vorzugsweise eine Außenverzahnung oder teilweise umlaufende Aussparungen auf, in die die Klinke der Klinkenbremse eingreifen kann, um eine Rotation des Planetenträgers im ersten Betätigungszustand zu verhindern.
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Alternativ ist die Feststellbremse als Lamellenbremse ausgebildet. Anders gesagt können sowohl an der Lamellenbremse als auch am Planetenträger Lamellen angeordnet sein, die im ersten Betätigungszustand eine paarweise reibschlüssige Verbindung miteinander erzeugen können.
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Vorzugsweise ist die Feststellbremse mittels eines Federelements oder mittels eines Magnetelements vom ersten Betätigungszustand in den zweiten Betätigungszustand, oder umgekehrt, schaltbar ist. Anders gesagt kann eine beliebige Betätigungsmethode, wie beispielsweise eine mechanische, elektromechanische, pneumatische oder magnetische Betätigung der Feststellbremse gewählt werden, um die Klinkenbremse oder die Lamellenbremse zu betätigen.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrradtretlager umfasst einen Tretlagerantrieb mit einem Antriebsmotor und einer Getriebevorrichtung, wobei das Fahrradtretlager dazu ausgebildet, mit einem Hinterrad eines erfindungsgemäßen Fahrrades zum Antrieb des Fahrrades zusammenzuwirken. Ein solches Fahrrad umfasst zumindest ein Vorder- und zumindest ein Hinterrad, wobei das zumindest eine Hinterrad mit dem Fahrradtretlager wirkverbunden ist.
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Im Folgenden werden zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiden Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Tretlagerantriebs gemäß einer ersten Ausführungsform, und
- 2 eine stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Tretlagerantriebs gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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Gemäß 1 und 2 umfasst ein Tretlagerantrieb 1 für ein Fahrradtretlager 19 eines - hier nicht dargestellten - Fahrrades einen als Elektromotor ausgebildeten Antriebsmotor 2 und eine als Planetengetriebe ausgebildete Getriebevorrichtung 3. Der - hier nicht detaillierter dargestellte -Elektromotor umfasst vorliegend einen gehäusefesten Stator und einen auf einer drehbaren Rotorwelle innerhalb des Stators angeordneten Rotor. Die Getriebevorrichtung 3 weist eine Planetenstufe 4 mit einem ersten Planetensatz mit mehreren Planetenrädern 5 auf, wobei die Planetenräder 5 drehbar an einem Planetenträger 6 angeordnet sind und mit einem Sonnenrad 7 sowie mit einem gehäusefesten Hohlrad 8 im Zahneingriff stehen.
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Eine mit einem Pedal 18 drehfest verbundene Tretkurbelwelle 9 ist mit einem Freilauf 12 verbunden, der dazu ausgebildet ist, ein Drehmoment in einer ersten Drehrichtung der Tretkurbelwelle 9 zu übertragen und in einer der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung nicht zu übertragen. Anders gesagt ist der Freilauf 12 antriebseitig mit der Tretkurbelwelle 9 verbunden und dazu eingerichtet, die Tretkurbelwelle 9 und das Sonnenrad 7 der Getriebevorrichtung 3 zumindest mittelbar miteinander zu koppeln und voneinander zu entkoppeln. Auf einer dem Pedal 18 gegenüberliegenden Seite des Tretlagerantriebs 1 ist ein weiteres - hier nicht gezeigtes - Pedal angeordnet, wobei die Tretkurbelwelle 9 beispielsweise über eine Hohlwelle oder einen Bolzen mit dem weiteren Pedal verbunden sein kann, sodass der muskelbetätigte Antrieb des Fahrrades in der üblichen Weise erfolgen kann.
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Nach 1 ist der Freilauf 12 abtriebseitig mit dem Sonnenrad 7 verbunden, sodass bei einer Drehmomentübertragung von der Tretkurbelwelle 9 eine Rotation des Sonnenrades 7 erfolgt, die wiederum über die Planetenräder 5 den Planetenträger 6 in eine Drehbewegung versetzt.
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Der Rotor des Antriebsmotors 2 ist drehfest mit dem Planetenträger 6 sowie mit einer Ritzelwelle 10 eines Kettenritzels 11 verbunden. Anders gesagt ist der Antriebsmotor 2 axial zwischen dem Planetenträger 6 und der Ritzelwelle 10 angeordnet. Das Kettenritzel 11 überträgt Drehkräfte mittels einer - nicht gezeigten - Kette auf ein - ebenfalls nicht dargestelltes - Ritzel an einem Hinterrad des Fahrrades, um dieses drehanzutreiben.
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In einem Zugbetrieb kann der Antriebsmotor 2 mittels einer Bedieneinrichtung 17 derart betätigt werden, dass der Antriebsmotor 2 einen über die Pedale 18 des Fahrrades mit Muskelkraft erfolgenden Antrieb des Fahrrades unterstützt oder ganz übernimmt. Beispielsweise kann während einer Bergauffahrt der Antrieb ohne Übersetzung des Antriebsmotors 2 unterstützt werden. Wenn der Fahrradfahrer in die Pedale 18 tritt, wird die Getriebevorrichtung 3 in einem Umlaufbetrieb betrieben, wobei das Sonnenrad 7 rotiert und den Planetenträger 6 in eine Drehbewegung versetzt, deren Drehzahl im manuellen Betrieb der Drehzahl des Kettenritzels 11 entspricht. Zur Unterstützung des manuellen Antriebs kann der Antriebsmotor 2 derart betätigt werden, dass die Drehzahl des Rotors bzw. des Kettenritzels 11 auch bei abnehmendem Drehmoment aus der Tretkurbelwelle 9 konstant gehalten wird oder dass die Drehzahl erhöht wird.
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Während einer Fahrt des Fahrrades auf in Wesentlichem ebener Fahrbahn kann in einem Zugbetrieb die Getriebevorrichtung 3 in einem Blockbetrieb betrieben werden, wobei das Sonnenrad 7 sowie die Planetenräder 5 synchron um die Längsachse der Getriebevorrichtung 3 rotieren. Während des Blockbetriebs kann der Antriebsmotor 2 den Antrieb des Kettenritzels 11 ohne Übersetzung unterstützen.
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In einem Schubbetrieb, beispielsweise wenn der Fahrradfahrer aufhört in die Pedale 18 zu treten, wird der Rotor des Antriebsmotors 2 über das Kettenritzel 11 angetrieben, wodurch ferner der Planetenträger 6, die Planetenräder 5 sowie das Sonnenrad 7 in eine Rotation versetzt werden. Der Freilauf 12 verhindert dabei, dass die Tretkurbelwelle 9 in eine entgegengesetzte Drehbewegung versetzt wird. Anders gesagt ist der Freilauf 12 dazu eingerichtet, eine kinematische Energie aus dem Kettenritzel 11 zu entkoppeln, wobei die kinematische Energie zur Rekuperation nutzbar ist.
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Eine Rekuperation ist im Schubbetrieb realisierbar, indem der Antriebsmotor 2 die Drehbewegung des Kettenritzels 11 bzw. des Rotors verzögert. Die dadurch gewonnene elektrische Energie wird in einen Akkumulator 15 gespeist und dort gespeichert, wobei die gespeicherte elektrische Energie für einen späteren Einsatz des Antriebsmotors 2 vorgehalten wird.
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Nach einer zweiten Ausführungsform gemäß 2 ist der Antriebsmotor 2 axial zwischen dem Freilauf 12 und dem Sonnenrad 7 angeordnet. Bei einer Drehmomentübertragung von der Tretkurbelwelle 9 über den Freilauf 12 wird eine Rotation des Rotors erreicht, wobei diese Rotation wiederum das Sonnenrad 7 in eine Drehbewegung versetzt.
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Der Rotor des Antriebsmotors 2 ist drehfest mit einem abtriebsseitig drehenden Bauteil des Freilaufs 12 sowie mit dem Sonnenrad 7 der Getriebevorrichtung 3 verbunden. Der Planetenträger 6 ist hingegen drehfest mit einem Riemenritzel 16 verbunden, wobei das Riemenritzel 16 Drehkräfte mittels eines - nicht gezeigten - Riemens auf ein - ebenfalls nicht dargestelltes - Ritzel am Hinterrad des Fahrrades überträgt, um dieses drehanzutreiben.
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Im Zugbetrieb ist der Antriebsmotor 2 derart betätigbar, dass der Antriebsmotor 2 einen über die Pedale 18 des Fahrrades mit Muskelkraft erfolgenden Antrieb des Fahrrades unterstützt oder ganz übernimmt. Beispielsweise während einer Bergauffahrt wird der Antrieb mit einer hohen Drehzahl des Rotors des Antriebsmotors 2 unterstützt. Wenn der Fahrradfahrer in die Pedale 18 tritt, wird die Getriebevorrichtung 3 in einem Umlaufbetrieb betrieben, wobei das Sonnenrad 7 über die Tretkurbelwelle 9 drehangetrieben wird, sodass der Planetenträger 6 über die Planetenräder 5 in eine Drehbewegung versetzt wird. Die Drehzahl des Planetenträgers 6 entspricht der Drehzahl des Riemenritzels 16. Zur Unterstützung des manuellen Antriebs kann der Antriebsmotor 2 derart betätigt werden, dass die Drehzahl des Rotors auch bei abnehmendem Drehmoment aus der Tretkurbelwelle 9 konstant gehalten wird oder dass die Drehzahl erhöht wird.
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Während einer Fahrt des Fahrrades auf in Wesentlichem ebener Fahrbahn kann die Getriebevorrichtung 3 während eines Zugbetriebs im Blockbetrieb betrieben werden, wobei das Sonnenrad 7 sowie die Planetenräder 5 synchron um die Längsachse der Getriebevorrichtung 3 rotieren. Während des Blockbetriebs kann der Antriebsmotor 2 den Antrieb des Riemenritzels 16 ohne Übersetzung unterstützen.
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In einem Schubbetrieb, beispielsweise wenn der Fahrradfahrer aufhört in die Pedale 18 zu treten, wird der Planetenträger 6 über das Riemenritzel 16 angetrieben, wodurch ferner die Planetenräder 5 sowie das Sonnenrad 7 in eine Rotation versetzt werden. Des Weiteren wird der Rotor des Antriebsmotors 2 rotiert, jedoch wird eine Drehung der Tretkurbelwelle 9 durch den Freilauf 12 verhindert.
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Eine Rekuperation ist im Schubbetrieb realisierbar, indem der Antriebsmotor 2 die Drehbewegung des Rotors des Antriebsmotors 2 verzögert. Anders gesagt ist der Freilauf 12 dazu eingerichtet, eine kinematische Energie aus dem Riemenritzel 16 zu entkoppeln, wobei die kinematische Energie zur Rekuperation nutzbar ist.
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Im Bereich des Planetenträgers 6 ist eine Feststellbremse 13 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, in einem ersten Betätigungszustand eine Rotation des Planetenträgers 6 zu blockieren und in einem zweiten Betätigungszustand eine Rotation des Planetenträgers 6 freizugeben. Vorliegend ist die Feststellbremse 13 als Klinkenbremse ausgebildet, die mittels eines - hier nicht dargestellten - Federelements vom ersten Betätigungszustand in den zweiten Betätigungszustand, oder umgekehrt, schaltbar ist. Das Federelement wird durch ein Betätigungselement 14, das manuell oder in anderer Weise betätigbar ist, angesteuert, sodass ein Wechsel zwischen dem ersten und zweiten Betätigungszustand erfolgen kann.
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An einer Außenumfangsfläche 20 des Planetenträgers 6 ist eine Verzahnung ausgebildet, in die eine - hier nicht gezeigte - Klinke der Klinkenbremse im ersten Betätigungszustand eingreift und eine Rotation des Planetenträgers 6 und folglich auch des Riemenritzels 16 verhindert. Dadurch kann das Fahrrad an einem beliebigen Ort, insbesondere auch an einem Ort mit einer Steigung, abgestellt werden, ohne dass ein ungewolltes Wegrollen des Fahrrades droht. Selbstverständlich kann die Feststellbremse 13 auch an einem Tretlagerantrieb 1 nach dem ersten Ausführungsbeispiel wirksam angeordnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tretlagerantrieb
- 2
- Antriebsmotor
- 3
- Getriebevorrichtung
- 4
- Erste Planetenstufe
- 5
- Planetenrad
- 6
- Planetenträger
- 7
- Sonnenrad
- 8
- Hohlrad
- 9
- Tretkurbelwelle
- 10
- Ritzelwelle
- 11
- Kettenritzel
- 12
- Freilauf
- 13
- Feststellbremse
- 14
- Betätigungselement
- 15
- Akkumulator
- 16
- Riemenritzel
- 17
- Bedieneinrichtung
- 18
- Pedal
- 19
- Fahrradtretlager
- 20
- Außenumfangsfläche des Planetenträgers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009045447 A1 [0002]
