DE102019215712A1

DE102019215712A1 - Freewheel, drive device and bicycle

Info

Publication number: DE102019215712A1
Application number: DE102019215712.2A
Authority: DE
Inventors: Oliver Krieg
Original assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2019-10-14
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2039-10-15
Also published as: DE102019215712B4

Abstract

Freilauf (1), umfassend eine erste Welle (2), eine zweite Welle (3), einen zwischen einer ersten axialen Position und einer zweiten axialen Position verschiebbar auf der ersten Welle (2) gelagerten Freilaufkörper (4), wobei der Freilaufkörper (4) und die zweite Welle (3) in der ersten axialen Position des Freilaufkörpers (4) voneinander entkoppelt sind und der Freilaufkörper (4) und die zweite Welle (3) in der zweiten axialen Position des Freilaufkörpers (4) form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind, ein Gegenlager (7) und eine Verschiebeeinrichtung (6), eingerichtet zum Verschieben des Freilaufkörpers (4) in die zweite axiale Position bei einer Rotation der ersten Welle (2) gegenüber dem Gegenlager (7) in eine erste Richtung und in die erste axiale Position bei einer Rotation der ersten Welle (2) gegenüber dem Gegenlager (7) in eine zweite Richtung, wobei die erste Richtung und die zweite Richtung entgegengesetzt sind.Freewheel (1), comprising a first shaft (2), a second shaft (3), a freewheel body (4) mounted on the first shaft (2) so as to be displaceable between a first axial position and a second axial position, the freewheel body (4 ) and the second shaft (3) are decoupled from each other in the first axial position of the freewheel body (4) and the freewheel body (4) and the second shaft (3) in the second axial position of the freewheel body (4) form and / or non-positively are connected to each other, a counter bearing (7) and a displacement device (6), set up to move the freewheel body (4) into the second axial position when the first shaft (2) rotates relative to the counter bearing (7) in a first direction and in the first axial position upon rotation of the first shaft (2) relative to the counter bearing (7) in a second direction, the first direction and the second direction being opposite.

Description

Die Erfindung betrifft einen Freilauf mit einer ersten Welle und einer zweiten Welle, eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad sowie ein Fahrrad mit einer Antriebsvorrichtung.The invention relates to a freewheel with a first shaft and a second shaft, a drive device for a bicycle and a bicycle with a drive device.

Freiläufe sind bei den meisten Fahrrädern anzutreffen und sind nur in einer Drehrichtung wirkende Kupplungen. Im Fall eines Elektrofahrrades sind sogar zwei, vorzugsweise drei Freiläufe vorzufinden. Das Elektrofahrrad wird dabei einerseits von einem Elektromotor angetrieben, andererseits kann der Fahrer des Elektrofahrrads auch selbst durch Treten in die Pedale für Vortrieb sorgen. In beiden Fällen wird das Drehmoment auf eine Abtriebswelle übertragen. Fest mit der Abtriebswelle verbunden ist ein Kettenblatt, welches über eine Kette die Nabe des Hinterrads antreibt. Dabei wird die Abtriebswelle über zwei Freiläufe angetrieben. Ein erster Freilauf ist zwischen der Kurbelwelle und der Abtriebswelle eingebaut.Freewheels are found on most bicycles and are clutches that only work in one direction of rotation. In the case of an electric bicycle, there are even two, preferably three, freewheels. The electric bike is driven on the one hand by an electric motor, on the other hand the driver of the electric bike can also provide propulsion himself by stepping on the pedals. In both cases, the torque is transmitted to an output shaft. A chainring is firmly connected to the output shaft and drives the hub of the rear wheel via a chain. The output shaft is driven by two freewheels. A first freewheel is installed between the crankshaft and the output shaft.

Tritt der Fahrer in Vorwärtsrichtung, also in Fahrtrichtung, in die Pedale, führt das zu einer Vorwärtsrotation der Kurbelwelle. Die Kraft wird dann von der Kurbelwelle über den ersten Freilauf auf die Abtriebswelle übertragen. Der erste Freilauf verhindert aber, dass die Kurbelwelle angetrieben wird, wenn sich die Abtriebswelle in Vorwärtsrichtung dreht. Dadurch wird verhindert, dass der Elektromotor die Pedale antreibt, was zu ungewollten Pedalbewegungen führt und dem Fahrer zum Beispiel die Pedale in die Wade schlagen kann. Ein zweiter Freilauf befindet sich zwischen Motor und Abtriebswelle und ermöglicht die Drehmomentübertragung vom Motor auf die Abtriebswelle, verhindert aber, dass der Motor von der sich in Vorwärtsrichtung drehenden Abtriebswelle angetrieben wird. Dadurch wird verhindert, dass der Fahrer bei abgeschaltetem Motor diesen weiterhin antreibt.If the driver steps on the pedals in the forward direction, i.e. in the direction of travel, this leads to a forward rotation of the crankshaft. The power is then transmitted from the crankshaft to the output shaft via the first freewheel. However, the first freewheel prevents the crankshaft from being driven when the output shaft rotates in the forward direction. This prevents the electric motor from driving the pedals, which leads to unwanted pedal movements and can, for example, hit the driver in the calf. A second freewheel is located between the motor and the output shaft and enables the torque to be transmitted from the motor to the output shaft, but prevents the motor from being driven by the output shaft rotating in the forward direction. This prevents the driver from continuing to drive the engine when it is switched off.

Ein weiterer Freilauf kann derart ausgebildet sein, dass beim Rückwärtstreten in die Pedale eine Kraft in Rückwärtsrichtung auf die Hinterradnabe ausgeübt wird, so dass eine in der Nabe des Hinterrads eingebaute Rücktrittbremse aktiviert wird.A further freewheel can be designed in such a way that when pedaling backwards a force is exerted on the rear wheel hub in the reverse direction, so that a coaster brake built into the hub of the rear wheel is activated.

Manche Freiläufe haben einen Formschluss, der besonders hohe Drehmomente übertragen kann, aber akustisch durch Klickgeräusche stört. Alternative Freiläufe weisen einen Kraftschluss auf, können aber auf vergleichbarem Bauraum lediglich geringere Kräfte übertragen.Some freewheels have a form fit that can transmit particularly high torques, but is acoustically annoying with clicking noises. Alternative freewheels have a frictional connection, but can only transmit lower forces in a comparable installation space.

Die Aufgabe ist es daher, einen verbesserten Freilauf vorzuschlagen, der insbesondere auf kleinem Bauraum hohe Drehmomente übertragen kann und nicht durch Klickgeräusche stört. Des Weiteren ist es die Aufgabe, eine Antriebsvorrichtung mit einem derartigen Freilauf und ein Fahrrad mit einer solchen Antriebsvorrichtung vorzuschlagen.The task is therefore to propose an improved freewheel that can transmit high torques, especially in a small installation space, and that does not interfere with clicking noises. A further object is to propose a drive device with such a freewheel and a bicycle with such a drive device.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Freilauf gemäß Patentanspruch 1, eine Antriebsvorrichtung gemäß Patentanspruch 10 sowie ein Fahrrad gemäß Patentanspruch 12. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Figuren.This object is achieved by a freewheel according to claim 1, a drive device according to claim 10 and a bicycle according to claim 12. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims, the following description and the figures.

Vorgeschlagen wird ein Freilauf umfassend eine erste Welle und eine zweite Welle. Bei der ersten Welle kann es sich dabei beispielsweise um eine Kurbelwelle oder eine Welle eines Elektromotors, bei der zweiten Welle um eine Abtriebswelle handeln.A freewheel comprising a first shaft and a second shaft is proposed. The first shaft can be, for example, a crankshaft or a shaft of an electric motor, and the second shaft can be an output shaft.

Des Weiteren umfasst der Freilauf einen Freilaufkörper, der zwischen einer ersten axialen Position und einer zweiten axialen Position verschiebbar auf der ersten Welle gelagert ist. In der ersten axialen Position des Freilaufkörpers sind dabei der Freilaufkörper und die zweite Welle voneinander entkoppelt. Dadurch sind auch die erste Welle und die zweite Welle voneinander entkoppelt. In der zweiten axialen Position des Freilaufkörpers hingegen sind der Freilaufkörper und die zweite Welle form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden, wodurch eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle hergestellt ist.Furthermore, the freewheel comprises a freewheel body which is mounted on the first shaft so as to be displaceable between a first axial position and a second axial position. In the first axial position of the freewheel body, the freewheel body and the second shaft are decoupled from one another. As a result, the first shaft and the second shaft are also decoupled from one another. In the second axial position of the freewheel body, on the other hand, the freewheel body and the second shaft are positively and / or non-positively connected to one another, as a result of which a form-fitting and / or force-fitting connection is established between the first shaft and the second shaft.

Ferner umfasst der Freilauf ein Gegenlager und eine Verschiebeeinrichtung. Dabei ist die Verschiebeeinrichtung dazu eingerichtet, bei einer Rotation der ersten Welle gegenüber dem Gegenlager in eine erste Richtung den Freilaufkörper in die zweite axiale Position zu verschieben und bei einer Rotation der ersten Welle gegenüber dem Gegenlager in eine zweite Richtung den Freilaufkörper in die erste axiale Position zu verschieben. Dabei sind die erste Richtung und die zweite Richtung einander entgegengesetzt.Furthermore, the freewheel comprises a counter bearing and a displacement device. In this case, the displacement device is designed to move the freewheel body into the second axial position when the first shaft rotates relative to the counter bearing in a first direction and the freewheel body into the first axial position when the first shaft rotates relative to the counter bearing in a second direction to move. The first direction and the second direction are opposite to each other.

Bei einer Rotation der ersten Welle gegenüber dem Gegenlager in die erste Richtung sind also die erste Welle und die zweite Welle form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden, während bei einer Rotation der ersten Welle gegenüber dem Gegenlager in die zweite Richtung die erste Welle und die zweite Welle voneinander entkoppelt sind. Es werden also die Funktionen eines Freilaufs erfüllt, wobei durch die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung hohe Drehmomente von der ersten Welle auf die zweite Welle übertragen werden können. Bei der Rotation der ersten Welle in die zweite Richtung sind hingegen die erste Welle und die zweite Welle voneinander entkoppelt, es treten also keine störenden Klickgeräusche auf.When the first shaft rotates with respect to the counter bearing in the first direction, the first shaft and the second shaft are positively and / or non-positively connected to one another, while when the first shaft rotates with respect to the counter bearing in the second direction, the first shaft and the second shaft are decoupled from each other. The functions of a freewheel are thus fulfilled, with high torques being able to be transmitted from the first shaft to the second shaft through the form-fitting and / or force-fitting connection. When the first shaft rotates in the second direction, on the other hand, the first shaft and the second shaft are decoupled from one another, so there are no annoying clicking noises.

Vorteilhafterweise ist die erste Welle eine Antriebswelle und die zweite Welle eine Abtriebswelle. Die Antriebswelle kann dabei beispielsweise eine Kurbelwelle oder eine Welle eines Elektromotors sein. Der Freilaufkörper ist damit verschiebbar auf der Antriebswelle gelagert, so dass das Herstellen der form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung bzw. das Entkoppeln der ersten Welle von der zweiten Welle von der relativen Rotation der Antriebswelle zum Gegenlager bestimmt wird.The first shaft is advantageously a drive shaft and the second shaft is an output shaft. The drive shaft can be, for example, a crankshaft or a shaft of an electric motor. The freewheel body is thus slidably mounted on the drive shaft, so that the establishment of the positive and / or non-positive connection or the decoupling of the first shaft from the second shaft is determined by the relative rotation of the drive shaft to the counter bearing.

Es ist von Vorteil, wenn das Gegenlager fest mit der zweiten Welle verbunden ist. Das Herstellen einer Verbindung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle bzw. das Entkoppeln der ersten Welle von der zweiten Welle hängt also von der relativen Rotation der ersten Welle zur zweiten Welle ab. Dies ist die gewünschte Funktion des Freilaufs für das Antreiben der Abtriebswelle durch die Antriebswelle, wobei die Antriebswelle nicht von der Abtriebswelle angetrieben werden soll.It is advantageous if the counter bearing is firmly connected to the second shaft. The establishment of a connection between the first shaft and the second shaft or the decoupling of the first shaft from the second shaft therefore depends on the relative rotation of the first shaft to the second shaft. This is the desired function of the freewheel for driving the output shaft by the drive shaft, the drive shaft not to be driven by the output shaft.

Vorteilhaft ist es, wenn das Gegenlager fest mit einem Gehäuse des Freilaufs verbunden ist. Das Herstellen einer Verbindung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle bzw. das Entkoppeln der ersten Welle von der zweiten Welle hängt also von der relativen Rotation der ersten Welle zum Gehäuse des Freilaufs ab. Dies ist die gewünschte Funktion des Freilaufs für das Übertragen des Drehmoments, wenn die Kurbelwelle durch die Pedale rückwärts gedreht wird um die Rücktrittbremse zu aktivieren.It is advantageous if the counter bearing is firmly connected to a housing of the freewheel. The establishment of a connection between the first shaft and the second shaft or the decoupling of the first shaft from the second shaft therefore depends on the relative rotation of the first shaft to the housing of the freewheel. This is the desired function of the freewheel for the transmission of the torque when the crankshaft is rotated backwards by the pedals in order to activate the coaster brake.

Vorteilhafterweise weisen der Freilaufkörper und die zweite Welle axial stirnseitig einander zugewandte Sägezahnverzahnungen auf. Diese Sägezahnverzahnungen können ineinander eingreifen und dadurch einen Formschluss erzeugen. Hierdurch wird die Übertragung eines besonders hohen Drehmoments von der ersten Welle auf die zweite Welle ermöglicht. Durch die Sägezahnverzahnung wird zudem ein ruckfreies Eingreifen des Freilaufkörpers in die zweite Welle ermöglicht.Advantageously, the freewheel body and the second shaft have sawtooth teeth facing each other axially on the end face. These sawtooth gears can mesh with one another and thereby create a form fit. This enables a particularly high torque to be transmitted from the first shaft to the second shaft. The sawtooth teeth also enable the freewheel body to engage smoothly in the second shaft.

Es ist von Vorteil, wenn der Freilaufkörper über ein Gewinde der Verschiebeeinrichtung mit der ersten Welle verbunden ist, so dass bei einer Drehung des Freilaufkörpers gegenüber der ersten Welle eine Verschiebung des Freilaufkörpers zwischen der ersten axialen Position und der zweiten axialen Position erfolgt. Dabei wird der Freilaufkörper bei der Drehung des Freilaufkörpers gegenüber der ersten Welle in eine Richtung in die erste axiale Position und bei der Drehung des Freilaufkörpers gegenüber der ersten Welle in die andere Richtung in die zweite axiale Position verschoben. Durch die Drehung des Freilaufkörpers gegenüber der ersten Welle wird also zwischen einer Verbindung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle und einer Entkopplung der ersten Welle von der zweiten Welle gewechselt.It is advantageous if the freewheel body is connected to the first shaft via a thread of the displacement device, so that when the freewheel body rotates relative to the first shaft, the freewheel body is shifted between the first axial position and the second axial position. The freewheel body is displaced in one direction into the first axial position when the freewheel body rotates relative to the first shaft and in the other direction in the second axial position when the freewheel body rotates relative to the first shaft. The rotation of the freewheel body relative to the first shaft therefore changes between a connection between the first shaft and the second shaft and a decoupling of the first shaft from the second shaft.

Vorteilhaft ist es, wenn ein mit dem Gegenlager verbundenes Reibelement in Reibungskontakt mit dem Freilaufkörper steht, so dass bei einer relativen Rotation des Freilaufkörpers zum Gegenlager ein Drehmoment auf den Freilaufkörper wirkt, das zur Drehung des Freilaufkörpers gegenüber der ersten Welle und damit zur Verschiebung des Freilaufkörpers zwischen der ersten axialen Position und der zweiten axialen Position führt. Eine relative Rotation des Freilaufkörpers, und damit der ersten Welle, zum Gegenlager führt also zur Verschiebung des Freilaufkörpers. Dabei wird der Freilaufkörper bei einer relativen Rotation des Freilaufkörpers zum Gegenlager in eine Richtung in die erste axiale Position und bei einer relativen Rotation des Freilaufkörpers zum Gegenlager in die andere Richtung in die zweite axiale Position verschoben. Welche Rotation dabei zu welcher Verschiebung führt ist durch die Orientierung des Gewindes vorgegeben und kann somit bei der Konstruktion des Freilaufs frei gewählt werden. Das Reibelement kann in vielfältiger Weise ausgebildet sein. So ist beispielsweise eine Reibung durch direkten Kontakt zwischen dem Reibelement und dem Freilaufkörper denkbar. Es ist aber auch möglich, dass die Reibung zwischen dem Reibelement und dem Freilaufkörper über ein Medium, zum Beispiel ein Fluid, erfolgt.It is advantageous if a friction element connected to the counter bearing is in frictional contact with the freewheel body, so that when the freewheel body rotates relative to the counter bearing, a torque acts on the freewheel body that rotates the freewheel body relative to the first shaft and thus shifts the freewheel body leads between the first axial position and the second axial position. A relative rotation of the freewheel body, and thus the first shaft, to the counter bearing thus leads to the displacement of the freewheel body. In this case, the freewheel body is displaced into the first axial position when the freewheel body rotates relative to the counter bearing in one direction and into the second axial position when the freewheel body rotates relative to the counter bearing in the other direction. Which rotation leads to which shift is given by the orientation of the thread and can therefore be freely selected when designing the freewheel. The friction element can be designed in a variety of ways. For example, friction through direct contact between the friction element and the freewheel body is conceivable. However, it is also possible for the friction between the friction element and the freewheel body to take place via a medium, for example a fluid.

Vorteilhafterweise ist das Reibelement in axialer Richtung am Gegenlager verschiebbar. Hierzu weist das Gegenlager insbesondere eine Führung auf, entlang der das Reibelement verschiebbar ist. Durch die Verschiebung des Reibelements in axialer Richtung am Gegenlager kann das Reibelement dem Freilaufkörper folgen und somit stets die gewünschte Reibung erzeugen.The friction element is advantageously displaceable on the counter bearing in the axial direction. For this purpose, the counter bearing has, in particular, a guide along which the friction element can be displaced. By shifting the friction element in the axial direction on the counter bearing, the friction element can follow the freewheel body and thus always generate the desired friction.

Es ist von Vorteil, wenn das Reibelement mittels einer Anpressfeder in Richtung des Freilaufkörpers vorgespannt ist. Die Reibung erfolgt dabei vorzugsweise über axial stirnseitige Reibungsflächen am Reibelement und am Freilaufkörper. Das Reibelement und der Freilaufkörper stehen also über diese axial stirnseitigen Reibungsflächen in Kontakt. Wird der Freilaufkörper auf der ersten Welle verschoben, dann folgt das Reibelement dank der durch die Anpressfeder erzeugten Kraft dem Freilaufkörper, so dass das Reibelement und der Freilaufkörper weiterhin in Reibungskontakt miteinander stehen.It is advantageous if the friction element is pretensioned in the direction of the freewheel body by means of a pressure spring. The friction takes place preferably via axially end-face friction surfaces on the friction element and on the freewheel body. The friction element and the freewheel body are therefore in contact via these axially end-face friction surfaces. If the freewheel body is displaced on the first shaft, the friction element follows the freewheel body thanks to the force generated by the pressure spring, so that the friction element and the freewheel body continue to be in frictional contact with one another.

Des Weiteren wird eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad mit einem Elektromotor vorgeschlagen. Diese Antriebsvorrichtung weist eine Kurbelwelle, einen Elektromotor und eine Abtriebswelle auf. Des Weiteren weist die Antriebsvorrichtung einen ersten Freilauf, der zwischen der Kurbelwelle und der Abtriebswelle angeordnet ist, und einen zweiten Freilauf, der zwischen dem Elektromotor und der Abtriebswelle angeordnet ist, auf. Dabei sind der erste Freilauf und der zweite Freilauf nach der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet. Der erste Freilauf und der zweite Freilauf können also bei einer geringen Baugröße ein hohes Drehmoment übertragen und erzeugen im Betrieb keine störenden Geräusche. Sowohl das Gegenlager des ersten Freilaufs als auch das Gegenlager des zweiten Freilaufs sind dabei mit der Abtriebswelle verbunden. Findet der Antrieb also über die Pedale und die Kurbelwelle statt, dann wird mittels des ersten Freilaufs, der eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen der Kurbelwelle und der Abtriebswelle herstellt, das Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Abtriebswelle übertragen. Findet hingegen oder zusätzlich der Antrieb über den Elektromotor statt, dann wird mittels des zweiten Freilaufs, der eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen einer Welle des Elektromotors und der Abtriebswelle herstellt, das Drehmoment vom Elektromotor auf die Abtriebswelle übertragen. Umgekehrt verhindern der erste Freilauf und der zweite Freilauf aber, dass, wenn beispielsweise die Kurbelwelle nicht über die Pedale angetrieben wird bzw. wenn der Elektromotor nicht aktiv ist, die Kurbelwelle bzw. der Elektromotor von der Abtriebswelle angetrieben werden.Furthermore, a drive device for a bicycle with an electric motor is proposed. This drive device has a crankshaft, an electric motor and an output shaft. Furthermore, the drive device has a first freewheel, which is arranged between the crankshaft and the output shaft, and a second freewheel, which is arranged between the electric motor and the output shaft. The first freewheel and the second freewheel are after the previous description formed. The first freewheel and the second freewheel can therefore transmit a high torque with a small size and do not generate any disruptive noises during operation. Both the counter bearing of the first freewheel and the counter bearing of the second freewheel are connected to the output shaft. If the drive takes place via the pedals and the crankshaft, the torque is transmitted from the crankshaft to the output shaft by means of the first freewheel, which creates a positive and / or non-positive connection between the crankshaft and the output shaft. If, on the other hand, the drive takes place via the electric motor or in addition, the torque is transmitted from the electric motor to the output shaft by means of the second freewheel, which creates a positive and / or non-positive connection between a shaft of the electric motor and the output shaft. Conversely, however, the first freewheel and the second freewheel prevent the crankshaft or the electric motor from being driven by the output shaft if, for example, the crankshaft is not driven via the pedals or if the electric motor is not active.

Vorteilhaft ist es, wenn die Antriebsvorrichtung einen dritten Freilauf aufweist, der zwischen der Kurbelwelle und der Abtriebswelle angeordnet ist und nach der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet ist. Der dritte Freilauf kann also auch bei einer geringen Baugröße ein hohes Drehmoment übertragen und erzeugt im Betrieb keine störenden Geräusche. Das Gegenlager des dritten Freilaufs ist dabei mit einem Gehäuse der Antriebsvorrichtung verbunden. Der dritte Freilauf ist dabei derart ausgebildet, dass bei einem Rückwärtstreten der Pedale eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen der Kurbelwelle und der Abtriebswelle hergestellt wird, so dass durch das Rückwärtstreten eine Rücktrittbremse aktiviert werden kann.It is advantageous if the drive device has a third freewheel which is arranged between the crankshaft and the output shaft and is designed according to the preceding description. The third freewheel can therefore transmit a high torque even with a small size and does not generate any disturbing noises during operation. The counter bearing of the third freewheel is connected to a housing of the drive device. The third freewheel is designed in such a way that when the pedals are stepped backwards, a positive and / or non-positive connection is established between the crankshaft and the output shaft, so that a coaster brake can be activated by stepping backwards.

Ferner wird ein Fahrrad mit einem Elektromotor und einer Antriebsvorrichtung nach der vorangegangenen Beschreibung vorgeschlagen. Insbesondere sind dabei die Freiläufe nach der vorangegangenen Beschreibung ausgebildet, so dass sie bei einer geringen Baugröße ein hohes Drehmoment übertragen und keine störenden Geräusche verursachen.Furthermore, a bicycle with an electric motor and a drive device according to the preceding description is proposed. In particular, the freewheels are designed according to the preceding description, so that they transmit a high torque with a small overall size and do not cause any disruptive noises.

Es ist von Vorteil, wenn ein Hinterrad des Fahrrads eine Nabe mit einer Rücktrittbremse aufweist. Die Rücktrittbremse ist dabei besonders intuitiv durch Rückwärtstreten der Pedale aktivierbar, wobei das Drehmoment über den dritten Freilauf von der Kurbelwelle auf die Abtriebswelle und von dieser auf die Nabe des Hinterrads des Fahrrads übertragen wird.It is advantageous if a rear wheel of the bicycle has a hub with a coaster brake. The coaster brake can be activated particularly intuitively by stepping backwards on the pedals, the torque being transmitted via the third freewheel from the crankshaft to the output shaft and from there to the hub of the rear wheel of the bicycle.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele eines Freilaufs, einer Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad mit einem Elektromotor sowie ein Fahrrad anhand von Zeichnungen näher dargestellt. Darin zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Freilaufs,
2 eine schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Freilaufs,
3 eine schematische Seitenansicht einer Antriebsvorrichtung und
4 eine schematische Seitenansicht eines Fahrrads.

In the following, exemplary embodiments of a freewheel, a drive device for a bicycle with an electric motor and a bicycle are shown in more detail with the aid of drawings. Show in it:

1 a schematic side view of a first embodiment of a freewheel,
2 a schematic side view of a further embodiment of a freewheel,
3 a schematic side view of a drive device and
4th a schematic side view of a bicycle.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are always provided with the same reference symbols in all figures.

1 zeigt einen Freilauf 1 mit einer ersten Welle 2 und einer zweiten Welle 3. Dabei kann es sich bei der ersten Welle 2 beispielsweise um eine Antriebswelle, insbesondere eine Kurbelwelle oder eine Welle eines Elektromotors und bei der zweiten Welle 3 um eine Abtriebswelle handeln. Der Freilauf 1 stellt dabei entweder eine Verbindung zwischen der ersten Welle 2 und der zweiten Welle 3 her oder entkoppelt die erste Welle 2 von der zweiten Welle 3. 1 shows a freewheel 1 with a first wave 2 and a second wave 3 . This can be the case with the first wave 2 for example a drive shaft, in particular a crankshaft or a shaft of an electric motor, and for the second shaft 3 act around an output shaft. The freewheel 1 either provides a connection between the first shaft 2 and the second wave 3 or decouples the first wave 2 from the second wave 3 .

Hierzu ist auf der ersten Welle 2 ein in axialer Richtung verschiebbar gelagerter Freilaufkörper 4 angeordnet. Der Freilaufkörper 4 ist dabei zwischen einer ersten axialen Position und einer zweiten axialen Position verschiebbar. In der ersten axialen Position des Freilaufkörpers 4 sind der Freilaufkörper 4 und die zweite Welle 3 voneinander entkoppelt. Da der Freilaufkörper 4 mit der ersten Welle 2 verbunden ist, bedeutet dies auch eine Entkopplung der ersten Welle 2 von der zweiten Welle 3. Dies ist zum Beispiel dafür notwendig, dass ein sich drehendes Rad nicht ungewollt die Pedale eines Fahrrads antreibt.This is on the first wave 2 a freewheel body mounted displaceably in the axial direction 4th arranged. The freewheel body 4th is displaceable between a first axial position and a second axial position. In the first axial position of the freewheel body 4th are the freewheel body 4th and the second wave 3 decoupled from each other. Because the freewheel body 4th with the first wave 2 is connected, this also means a decoupling of the first wave 2 from the second wave 3 . This is necessary, for example, to ensure that a rotating wheel does not unintentionally drive the pedals of a bicycle.

In der zweiten axialen Position des Freilaufkörpers 4 sind der Freilaufkörper 4 und die zweite Welle 3 hingegen formschlüssig miteinander verbunden. Dieser Formschluss erfolgt über Sägezahnverzahnungen 5, die axial stirnseitig einander zugewandt am Freilaufkörper und an der zweiten Welle angeordnet sind. Sind der Freilauf 4, und damit die erste Welle 2, formschlüssig mit der zweiten Welle 3 verbunden, kann ein Drehmoment von der ersten Welle 2 auf die zweite Welle 3 übertragen werden. Dies ist beispielsweise dann gewünscht, wenn der Fahrer eines Fahrrads über die Pedale das Hinterrad des Fahrrads antreiben möchte, und/oder ein solcher Antrieb durch einen Elektromotor erfolgen soll.In the second axial position of the freewheel body 4th are the freewheel body 4th and the second wave 3 however, positively connected to one another. This form fit takes place via sawtooth gears 5 which are arranged axially face to face on the freewheel body and on the second shaft. Are the freewheel 4th , and with it the first wave 2 , form-fit with the second shaft 3 connected, torque from the first shaft 2 on the second wave 3 be transmitted. This is desired, for example, when the rider of a bicycle wants to drive the rear wheel of the bicycle via the pedals and / or such a drive is to be provided by an electric motor.

Des Weiteren umfasst der Freilauf eine Verschiebeeinrichtung 6, die zum Verschieben des Freilaufkörpers 4 zwischen der ersten axialen Position und der zweiten axialen Position eingerichtet ist. Dabei wird der Freilaufkörper 4 in die zweite axiale Position verschoben, wenn die erste Welle 2 gegenüber einem Gegenlager 7 in eine erste Richtung gedreht wird. Wird die erste Welle 2 gegenüber dem Gegenlager 7 hingegen in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, gedreht, dann wird der Freilaufkörper 4 in die erste axiale Position verschoben. Je nach Drehung der ersten Welle 2 gegenüber dem Gegenlager 7 wird also bestimmt, in welche axiale Position der Freilaufkörper 4 verschoben wird und damit ob die erste Welle 2 mit der zweiten Welle 3 verbunden ist oder von der zweiten Welle 3 entkoppelt ist.Furthermore, the freewheel comprises a displacement device 6th that is used to move the freewheel body 4th is established between the first axial position and the second axial position. The freewheel body is thereby 4th in the second axial Moved position when the first wave 2 opposite a counter bearing 7th is rotated in a first direction. Will be the first wave 2 opposite the counter bearing 7th on the other hand, rotated in a second direction, which is opposite to the first direction, then the freewheel body 4th moved to the first axial position. Depending on the rotation of the first shaft 2 opposite the counter bearing 7th it is therefore determined in which axial position the freewheel body 4th is shifted and thus whether the first wave 2 with the second wave 3 connected or from the second wave 3 is decoupled.

Durch die formschlüssige Verbindung des Freilaufkörpers 4 mit der zweiten Welle 3 kann dabei ein hohes Drehmoment übertragen werden. Dadurch, dass der Freilaufkörper 4 in der ersten axialen Position aber vollständig von der zweiten Welle 3 entkoppelt ist, erzeugt der Freilauf 1 keine störenden Geräusche.Due to the positive connection of the freewheel body 4th with the second wave 3 a high torque can be transmitted. In that the freewheel body 4th in the first axial position, however, completely from the second shaft 3 is decoupled, generates the freewheel 1 no disturbing noises.

Das Gegenlager 7 ist vorzugsweise entweder fest mit der zweiten Welle 3 oder fest mit einem Gehäuse 8 des Freilaufs 1 verbunden. Bei der Verbindung des Gegenlagers 7 mit der zweiten Welle 3 ergibt sich die Funktion, dass von der ersten Welle 2 Drehmoment auf die zweite Welle 3 übertragen werden kann, wenn sich die erste Welle 2 mindestens so schnell in eine vorgegebene Richtung dreht wie die zweite Welle 3. Dreht sich die erste Welle 2 hingegen langsamer als die zweite Welle 3 oder gar nicht, so sind die erste Welle 2 und die zweite Welle 3 voneinander entkoppelt, so dass auch insbesondere die zweite Welle 3 kein Drehmoment auf die erste Welle 2 überträgt.The counter bearing 7th is preferably either fixed to the second shaft 3 or fixed with a housing 8th of the freewheel 1 connected. When connecting the counter bearing 7th with the second wave 3 gives the function that of the first wave 2 Torque on the second shaft 3 can be transmitted when the first wave 2 rotates at least as fast in a given direction as the second shaft 3 . The first wave turns 2 however, slower than the second wave 3 or not at all, so are the first wave 2 and the second wave 3 decoupled from each other, so that in particular the second shaft 3 no torque on the first shaft 2 transmits.

Ist hingegen das Gegenlager 7 fest mit dem Gehäuse 8 verbunden, dann wird die erste Welle 2 mit der zweiten Welle 3 verbunden, wenn die erste Welle 2 in eine Richtung gedreht wird und die erste Welle 2 von der zweiten Welle 3 entkoppelt, wenn die erste Welle 3 in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird. Diese Funktion ist beispielsweise dafür notwendig, das Drehmoment zu übertragen, um die Rücktrittbremse einer Nabe auszulösen.On the other hand, it is the counter-bearing 7th firmly to the housing 8th connected, then the first wave 2 with the second wave 3 connected when the first wave 2 is rotated in one direction and the first shaft 2 from the second wave 3 decoupled when the first wave 3 rotated in the opposite direction. This function is necessary, for example, to transmit the torque in order to trigger the coaster brake of a hub.

Die Verschiebeeinrichtung 6 weist ein Gewinde 9 auf, wobei der Freilaufkörper 4 über das Gewinde 9 mit der ersten Welle 2 verbunden ist. Bei einer Drehung des Freilaufkörpers 4 gegenüber der ersten Welle 2 erfolgt mittels des Gewindes 9 eine Verschiebung des Freilaufkörpers 4 in axialer Richtung.The sliding device 6th has a thread 9 on, with the freewheel body 4th about the thread 9 with the first wave 2 connected is. When the freewheel body rotates 4th compared to the first wave 2 takes place by means of the thread 9 a displacement of the freewheel body 4th in the axial direction.

Um diese Drehung des Freilaufkörpers 4 gegenüber der ersten Welle 2 zu erreichen, steht ein mit dem Gegenlager 7 verbundenes Reibelement 10 in Reibungskontakt mit dem Freilaufkörper 4. Bei einer relativen Rotation des Freilaufkörpers 4 zum Gegenlager 7 wird durch die Reibung zwischen dem Freilaufkörper 4 und dem Reibelement 10 ein Drehmoment erzeugt, das auf den Freilaufkörper 4 wirkt und zu einer Drehung des Freilaufkörpers 4 gegenüber der ersten Welle 2 führt. Diese Drehung führt dann wiederum zu einer axialen Verschiebung des Freilaufkörpers 4 zwischen der ersten axialen Position und der zweiten axialen Position.To this rotation of the freewheel body 4th compared to the first wave 2 to reach, stands with the counter-bearing 7th connected friction element 10 in frictional contact with the freewheel body 4th . With a relative rotation of the freewheel body 4th to the counter bearing 7th is caused by the friction between the freewheel body 4th and the friction element 10 a torque is generated that acts on the freewheel body 4th acts and a rotation of the freewheel body 4th compared to the first wave 2 leads. This rotation then in turn leads to an axial displacement of the freewheel body 4th between the first axial position and the second axial position.

Das Reibelement 10 ist in axialer Richtung verschiebbar am Gegenlager 7 gelagert, so dass das Reibelement 10 der axialen Bewegung des Freilaufkörpers 4 folgen kann. Damit das Reibelement 10 stets mit einer vorbestimmten Kraft auf den Freilaufkörper 4 drückt und damit eine vorbestimmte Reibungskraft erzeugt, ist das Reibelement 10 mittels einer Anpressfeder 11 in Richtung des Freilaufkörpers 4 vorgespannt.The friction element 10 can be moved in the axial direction on the counter bearing 7th stored so that the friction element 10 the axial movement of the freewheel body 4th can follow. So that the friction element 10 always with a predetermined force on the freewheel body 4th pushes and thus generates a predetermined frictional force, is the friction element 10 by means of a pressure spring 11 towards the freewheel body 4th biased.

2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Freilaufs 1. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung zwischen dem Freilaufkörper 4 und der zweiten Welle 3 kraftschlüssig. Dazu sind am Freilaufkörper 4 und an der zweiten Welle 3 jeweils entsprechende Kontaktflächen 12 angeordnet. 2 shows a schematic side view of a further embodiment of a freewheel 1 . In this embodiment, the connection is made between the freewheel body 4th and the second wave 3 non-positive. These are on the freewheel body 4th and on the second wave 3 corresponding contact areas in each case 12th arranged.

3 zeigt eine Antriebsvorrichtung 13 für ein Fahrrad mit einem Elektromotor 14. Die Antriebsvorrichtung 13 weist dabei eine Kurbelwelle 15, den Elektromotor 14 sowie eine Abtriebswelle 16 auf. An der Kurbelwelle 15 sind üblicherweise hier nicht gezeigte Pedale angeordnet. Die Abtriebswelle 16 überträgt das Drehmoment über zumindest ein Zahnblatt 17 und über eine Kette auf eine Nabe des Hinterrads des Fahrrads. Des Weiteren weist die Antriebsvorrichtung 13 ein Gehäuse 8 auf. Zwischen der Kurbelwelle 15 und der Abtriebswelle 16 ist ein erster Freilauf 1.1, zwischen dem Elektromotor und der Abtriebswelle 16 ein zweiter Freilauf 1.2 und zwischen der Kurbelwelle 15 und der Abtriebswelle 16 zusätzlich ein dritter Freilauf 1.3 angeordnet. Die Gegenlager 7 des ersten Freilaufs 1.1 und des zweiten Freilaufs 1.2 sind dabei mit der Abtriebswelle 16 verbunden, während das Gegenlager 7 des dritten Freilaufs 1.3 mit dem Gehäuse 8 der Antriebsvorrichtung 13 verbunden ist. Der erste Freilauf 1.1 und der zweite Freilauf 1.2 dienen daher zum Antreiben des Fahrrades, ohne dass die Kurbelwelle 15 bzw. der Elektromotor 14 ungewollt von der Abtriebswelle 16 angetrieben werden, während der dritte Freilauf 1.3 zum Betätigen der Rücktrittbremse ausgebildet ist. 3 shows a drive device 13th for a bike with an electric motor 14th . The drive device 13th has a crankshaft 15th , the electric motor 14th as well as an output shaft 16 on. On the crankshaft 15th Pedals, not shown here, are usually arranged. The output shaft 16 transmits the torque via at least one tooth blade 17th and via a chain to a hub of the rear wheel of the bicycle. Furthermore, the drive device 13th a housing 8th on. Between the crankshaft 15th and the output shaft 16 is a first freewheel 1.1 , between the electric motor and the output shaft 16 a second freewheel 1.2 and between the crankshaft 15th and the output shaft 16 additionally a third freewheel 1.3 arranged. The counter bearings 7th of the first freewheel 1.1 and the second freewheel 1.2 are doing this with the output shaft 16 connected while the counter bearing 7th of the third freewheel 1.3 with the case 8th the drive device 13th connected is. The first freewheel 1.1 and the second freewheel 1.2 therefore serve to drive the bicycle without the crankshaft 15th or the electric motor 14th unintentionally from the output shaft 16 driven while the third freewheel 1.3 is designed to operate the coaster brake.

Schließlich zeigt 4 ein Fahrrad 18 mit einer Antriebsvorrichtung 13 gemäß der vorangegangenen Beschreibung. Das Hinterrad 19 des Fahrrads 18 weist eine Nabe 20 mit Rücktrittbremse auf, die mittels des dritten Freilaufs 1.3 betätigt wird.Finally shows 4th a bicycle 18th with a drive device 13th as described above. The rear wheel 19th of the bike 18th has a hub 20th with coaster brake on, by means of the third freewheel 1.3 is operated.

Der vorgeschlagene Gegenstand ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung und im Rahmen der Patentansprüche abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.The proposed subject matter is not limited to the exemplary embodiments described above. Rather, further embodiments can be derived by a person skilled in the art from the above description and within the scope of the patent claims. In particular, the individual features described with reference to the various exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: FreilaufFreewheel
1.11.1: erster Freilauffirst freewheel
1.21.2: zweiter Freilaufsecond freewheel
1.31.3: dritter Freilaufthird freewheel
22: erste Wellefirst wave
33: zweite Wellesecond wave
44th: FreilaufkörperFreewheel body
55: SägezahnverzahnungSaw toothing
66th: VerschiebeeinrichtungSliding device
77th: GegenlagerCounter bearing
88th: Gehäusecasing
99: Gewindethread
1010: ReibelementFriction element
1111: AnpressfederPressure spring
1212th: KontaktflächeContact area
1313th: AntriebsvorrichtungDrive device
1414th: ElektromotorElectric motor
1515th: Kurbelwellecrankshaft
1616: AbtriebswelleOutput shaft
1717th: ZahnblattTooth blade
1818th: Fahrradbicycle
1919th: HinterradRear wheel
2020th: Nabehub

Claims

Freewheel, including: a first shaft (2), a second shaft (3), a freewheel body (4) mounted on the first shaft (2) so as to be displaceable between a first axial position and a second axial position, wherein the freewheel body (4) and the second shaft (3) are decoupled from each other in the first axial position of the freewheel body (4) and the freewheel body (4) and the second shaft (3) are positively and / or non-positively connected to one another in the second axial position of the freewheel body (4), a counter bearing (7) and a displacement device (6), set up to move the freewheel body (4) into the second axial position when the first shaft (2) rotates relative to the counter bearing (7) in a first direction and into the first axial position upon rotation of the first shaft (2) relative to the counter bearing (7) in a second direction, the first direction and the second direction being opposite.

Freewheel after Claim 1 , wherein the first shaft (2) is a drive shaft (15) and the second shaft (3) is an output shaft (16).

Freewheel after Claim 1 or 2 , wherein the counter bearing (7) is firmly connected to the second shaft (3).

Freewheel after Claim 1 or 2 , wherein the counter bearing (7) is firmly connected to a housing (8) of the freewheel (1).

Freewheel after one of the Claims 1 to 4th , wherein the freewheel body (4) and the second shaft (3) have sawtooth teeth (5) facing each other axially on the end face.

Freewheel after one of the Claims 1 to 5 , wherein the freewheel body (4) is connected to the first shaft (2) via a thread (9) of the displacement device (6), so that when the freewheel body (4) rotates relative to the first shaft (2), a displacement of the freewheel body ( 4) takes place between the first axial position and the second axial position.

Freewheel after Claim 6 , wherein a friction element (10) connected to the counter bearing (7) is in frictional contact with the freewheel body (4) so that a torque acts on the freewheel body (4) when the freewheel body (4) rotates relative to the counter bearing (7), which leads to the rotation of the freewheel body (4) relative to the first shaft (2) and thus to the displacement of the freewheel body (4) between the first axial position and the second axial position.

Freewheel after Claim 7 , wherein the friction element (10) is displaceable in the axial direction on the counter bearing (7).

Freewheel after Claim 8 , wherein the friction element (10) is pretensioned in the direction of the freewheel body (4) by means of a pressure spring (11).

Drive device for a bicycle (18) with an electric motor (14), comprising a crankshaft (15), an electric motor (14), an output shaft (16), a first freewheel (1.1) between the crankshaft (15) and the output shaft (16) is arranged and a second freewheel (1.2) which is arranged between the electric motor (14) and the output shaft (16), the first freewheel (1.1) and the second freewheel (1.2) according to one of the Claims 1 to 9 are formed, the counter bearing (7) of the first freewheel (1.1) is connected to the output shaft (16) and the counter bearing (7) of the second freewheel (1.2) is connected to the output shaft (16).

Drive device according to Claim 10 , wherein the drive device (13) has a third freewheel (1.3) which is arranged between the crankshaft (15) and the output shaft (16), the third freewheel (1.3) according to one of the Claims 1 to 9 is formed and the counter bearing (7) of the third freewheel (1.3) is connected to a housing (8) of the drive device (13).

Bicycle with an electric motor (14) and a drive device (13) according to Claim 10 or 11 .

Bike after Claim 12 , wherein a rear wheel (19) of the bicycle (18) has a hub (20) with a coaster brake.