DE102020202996A1

DE102020202996A1 - Drive device for a bicycle and bicycle and method for operating the same

Info

Publication number: DE102020202996A1
Application number: DE102020202996.2A
Authority: DE
Inventors: Uwe Schraff
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2020-03-10
Publication date: 2021-09-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Antriebsvorrichtung (1) mindestens eine Tretkurbelwelle (2) und einen im Tretlager der Tretkurbelwelle (2) angeordneten Antriebsmotor (4) umfasst, jeweils zum alleinstehenden oder gemeinsamen Antrieb des mindestens einen Laufrads in einem Zugbetrieb, wobei ein Freilauf (12) zum wahlweisen Koppeln oder Entkoppeln der Tretkurbelwelle (2) mit bzw. von dem Antriebsmotor (4) und einem Abtrieb (3) vorgesehen ist, und wobei der Antriebsmotor (4) dazu eingerichtet ist, in einem Schubbetrieb das mindestens eine Laufrad abzubremsen und dabei die Bewegungsenergie des Laufrads in elektrische Energie umzuwandeln, wobei die Antriebsvorrichtung (1) mindestens einen Sensor (15) zum unmittelbaren oder mittelbaren Erfassen der Drehrichtung sowie des Drehwinkels (a) und/oder der Drehgeschwindigkeit (ω) der Tretkurbelwelle (2) aufweist und dazu eingerichtet ist, bei Betätigung der Tretkurbelwelle (2) in einer der Antriebstretrichtung (A) entgegengesetzten Richtung den Schubbetrieb zu aktivieren, und wobei die Tretkurbelwelle (2) im Schubbetrieb von dem Antriebsmotor (4) und dem Abtrieb (3) durch den Freilauf (12) entkoppelt ist.The invention relates to a drive device for a bicycle. According to the invention, it is proposed that the drive device (1) comprises at least one pedal crankshaft (2) and a drive motor (4) arranged in the pedal bearing of the pedal crankshaft (2), each for the stand-alone or joint drive of the at least one impeller in traction mode, with a freewheel ( 12) is provided for the optional coupling or decoupling of the crankshaft (2) with or from the drive motor (4) and an output (3), and the drive motor (4) is set up to brake the at least one impeller in overrun mode and converting the kinetic energy of the impeller into electrical energy, the drive device (1) having at least one sensor (15) for the direct or indirect detection of the direction of rotation and the angle of rotation (a) and / or the speed of rotation (ω) of the crankshaft (2) and is set up for this purpose, upon actuation of the pedal crankshaft (2) in a direction opposite to the drive direction (A) Unable to activate the overrun mode, and wherein the crankshaft (2) is decoupled in the overrun mode from the drive motor (4) and the output (3) by the freewheel (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb mindestens eines Laufrads eines Fahrrads. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrrad mit einer solchen Antriebsvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Antriebsvorrichtung.The invention relates to a drive device for driving at least one wheel of a bicycle. The invention also relates to a bicycle with such a drive device and a method for operating such a drive device.

Gattungsgemäße Antriebsvorrichtung sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise bei Pedelecs, E-Bikes und sonstigen Leichtkrafträdern eingesetzt, die hier sämtlich unter dem Begriff Fahrrad zusammengefasst werden. Dabei wird ein solches Fahrrad vom Fahrer über eine Tretkurbelwelle durch Pedalieren angetrieben, wobei ein Antriebsmotor als zusätzlicher Antrieb unterstützend wirkt. Üblicherweise kann der Fahrer den Grad der Unterstützung vorab oder im Betrieb des Fahrrads auswählen. Es sind auch solche Fahrräder bekannt, bei denen der Antriebsmotor in einzelnen Betriebsmodi die gesamte Antriebsleistung zur Verfügung stellt. Üblicherweise ist der Antriebsmotor ein Elektromotor.Generic drive devices are already known from the prior art and are used, for example, in pedelecs, e-bikes and other light motorcycles, all of which are summarized here under the term bicycle. Such a bicycle is driven by the rider via a pedal crankshaft by pedaling, with a drive motor acting as an additional drive. The rider can usually select the level of support in advance or when the bicycle is being operated. Bicycles are also known in which the drive motor provides the entire drive power in individual operating modes. The drive motor is usually an electric motor.

Bei gattungsgemäßen Fahrrädern wird grundsätzlich angestrebt, dass der Antrieb möglichst kompakt baut und ein geringes Gewicht aufweist. Es sind sogenannten Zentralantriebe bekannt, bei denen der Antriebsmotor im Tretlager der Tretkurbelwelle angeordnet sind. Demgegenüber sind Radantriebe bekannt, bei denen der Antriebsmotor in der Radnabe des Laufrads angeordnet ist. Zentralantriebe bieten Vorteile, da der Antriebsmotor über das Getriebe des Fahrrads auf das Laufrad wirkt und somit effizienter betrieben werden kann. Zudem liegt der Schwerpunkt des Fahrrads mit Zentralantrieb vorteilhaft in der Mitte des Fahrrads. Üblicherweise werden bei Zentralantrieben die Momente der Tretkurbelwelle und des Antriebsmotors über ein Planetengetriebe zusammengeführt und an den Abtrieb übertragen.In the case of bicycles of the generic type, the aim is basically that the drive is as compact as possible and has a low weight. So-called central drives are known in which the drive motor is arranged in the bottom bracket of the pedal crankshaft. In contrast, wheel drives are known in which the drive motor is arranged in the wheel hub of the impeller. Central drives offer advantages, as the drive motor acts on the wheel via the gearbox of the bicycle and can therefore be operated more efficiently. In addition, the center of gravity of the central drive bicycle is advantageously in the center of the bicycle. With central drives, the torques of the crankshaft and the drive motor are usually brought together via a planetary gear and transmitted to the output.

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.From the DE 10 2009 045 447 A1 discloses a bicycle with electrical auxiliary drive, comprising an electric motor and a battery which is connected to the electric motor for storing electrical energy. Furthermore, a crank drive is provided with pedal cranks which are fastened to a pedal crankshaft and which is arranged to be rotatable about a crank axis. A planetary gear is also provided for driving the bicycle both by the electric motor and by muscle power of a rider, the planetary gear and the electric motor being arranged around the crankshaft of the crankshaft drive.

Es sind weiterhin Fahrräder mit Radantrieb bekannt, bei denen der Antriebsmotor dazu eingerichtet ist, wahlweise in einem Schubbetrieb mit Rekuperation betrieben zu werden. In einem Schubbetrieb wird das Fahrrad durch den Antriebsmotor abgebremst und der Antriebsmotor mit der Bremsenergie als Generator betrieben, um elektrische Energie zu erzeugen, wobei die elektrische Energie üblicherweise in einem Energiespeicher gespeichert wird. Durch die Bremswirkung stellt die Rekuperation einen signifikanten Eingriff in die Bedienung des Fahrrads dar. Die Aktivierung der Rekuperation muss daher der Kontrolle des Fahrers unterliegen oder es müssen Bedingungen für die Aktivierung durch den Fahrer voreinstellbar sein. Es ist beispielsweise bekannt, dass am Lenker des Fahrrads ein Bedienmittel vorgesehen ist, über die der Fahrer einen Schubbetrieb aktivieren kann. Nachteilig lässt sich mit einem solchen Bedienmittel kein weicher Übergang zwischen Zugbetrieb und Schubbetrieb erreichen. Zudem wird der Fahrer durch die Bedienung davon abgehalten, seine Hände mit voller Aufmerksamkeit auf das Steuern des Fahrrads verwenden zu können und die Aktivierung des Schubbetriebs ist umständlich.There are also known bicycles with wheel drive in which the drive motor is set up to be operated optionally in overrun mode with recuperation. In an overrun mode, the bicycle is braked by the drive motor and the drive motor is operated with the braking energy as a generator in order to generate electrical energy, the electrical energy usually being stored in an energy store. Due to the braking effect, the recuperation represents a significant intervention in the operation of the bicycle. The activation of the recuperation must therefore be subject to the control of the driver or it must be possible to preset conditions for the activation by the driver. It is known, for example, that an operating means is provided on the handlebars of the bicycle, by means of which the driver can activate overrun mode. Disadvantageously, no smooth transition between pulling mode and pushing mode can be achieved with such an operating means. In addition, the operator is kept from being able to use his hands fully attentively to steer the bicycle, and the activation of the push mode is cumbersome.

Aus EP 2 703 276 A1 ist ferner bekannt, dass der Fahrer eines Fahrrads vor Fahrtantritt eine Maximalgeschwindigkeit einstellt, wobei ein Schubbetrieb durch eine Steuereinheit aktiviert wird, sobald die Maximalgeschwindigkeit überschritten bzw. eine Grenzdrehzahl des Antriebsmotors erreicht wird.the end EP 2 703 276 A1 It is also known that the rider of a bicycle sets a maximum speed before starting the journey, with overrun mode being activated by a control unit as soon as the maximum speed is exceeded or a limit speed of the drive motor is reached.

Unter dem Hintergrund des beschriebenen Standes der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Fahrrad mit Zentralantrieb derart weiterzuentwickeln, dass ein Schubbetrieb ermöglicht wird, der einfach aktivierbar ist, so dass der Fahrer einen möglichst großen Einfluss auf den Betrieb des Fahrrads hat.Against the background of the prior art described, it is an object of the invention to further develop a bicycle with a central drive in such a way that overrun mode is enabled which can be easily activated so that the rider has the greatest possible influence on the operation of the bicycle.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin mit einem Fahrrad nach Anspruch 9 sowie einem Verfahren nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved according to the invention with a drive device according to claim 1. The object is also achieved with a bicycle according to claim 9 and a method according to claim 11. Advantageous refinements result from the subclaims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung. Eine solche umfasst mindestens eine Tretkurbelwelle und einen im Tretlager der Tretkurbelwelle angeordneten Antriebsmotor, jeweils zum alleinstehenden oder gemeinsamen Antrieb des mindestens einen Laufrads in einem Zugbetrieb, wobei ein Freilauf zum wahlweisen Koppeln oder Entkoppeln der Tretkurbelwelle mit bzw. von dem Antriebsmotor und einem Abtrieb vorgesehen ist und wobei der Antriebsmotor dazu eingerichtet ist, in einem Schubbetrieb das mindestens eine Laufrad abzubremsen und dabei die Bewegungsenergie des Laufrads in elektrische Energie umzuwandeln, wobei die Antriebsvorrichtung mindestens einen Sensor zum unmittelbaren oder mittelbaren Erfassen der Drehrichtung sowie des Drehwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeit der Tretkurbelwelle aufweist und dazu eingerichtet ist, bei Betätigung der Tretkurbelwelle in einer der Antriebstretrichtung entgegengesetzten Richtung den Schubbetrieb zu aktivieren, wobei die Tretkurbelwelle im Schubbetrieb von dem Antriebsmotor und dem Abtrieb durch den Freilauf entkoppelt ist.A first aspect of the invention relates to a drive device according to the invention. Such comprises at least one pedal crankshaft and a drive motor arranged in the bottom bracket of the pedal crankshaft, in each case for the stand-alone or joint drive of the at least one impeller in a pulling mode, a freewheel being provided for the optional coupling or decoupling of the pedal crankshaft with or from the drive motor and an output and wherein the drive motor is set up to brake the at least one running wheel in overrun mode and thereby converting the kinetic energy of the running wheel into electrical energy, the drive device having at least one sensor for the direct or indirect detection of the direction of rotation and the angle of rotation and / or the speed of rotation of the crankshaft has and is adapted to Actuation of the pedal crankshaft in a direction opposite to the drive direction to activate the overrun mode, the pedal crankshaft being decoupled from the drive motor and the output by the freewheel in the overrun mode.

Im Sinne der Erfindung wird als Fahrrad ein Zweirad verstanden, dass zumindest auch mittels Pedalierens durch einen Fahrer angetrieben wird. Dabei weisen solche Fahrräder insbesondere einen Hilfsantrieb auf, der zusätzlich zu dem Drehmoment, das beim Pedalieren entsteht, ein Drehmoment erzeugt, mittels dem das Pedalieren unterstützt wird. Der Hilfsantrieb weist dabei üblicherweise einen Antriebsmotor auf, wobei dessen Unterstützung einstellbar ist und bis zu 100% der Antriebsleistung beträgt.In the context of the invention, a bicycle is understood to be a two-wheeled vehicle that is at least also driven by a driver by pedaling. Such bicycles have in particular an auxiliary drive which, in addition to the torque generated when pedaling, generates a torque by means of which pedaling is supported. The auxiliary drive usually has a drive motor, the assistance of which is adjustable and amounts to up to 100% of the drive power.

Als alleinstehender oder gemeinsamer Antrieb des Fahrrads wird verstanden, dass der Pedalantrieb und der Hilfsantrieb jeweils ohne den anderen verwendet bzw. betrieben werden können. Es ist zudem ein Antriebsmodus üblich, in dem die Antriebe gleichzeitig ein Drehmoment auf dem Abtrieb des Fahrrads aufbringen.As a stand-alone or common drive of the bicycle is understood that the pedal drive and the auxiliary drive can each be used or operated without the other. A drive mode is also common in which the drives simultaneously apply a torque to the output of the bicycle.

Als Schubbetrieb wird verstanden, dass der Antriebsmotor durch das Laufrad angetrieben wird. Dabei kann ein Schubbetrieb vorliegen, wenn das Laufrad durch den Antriebsmotor abgebremst wird oder, wenn das Laufrad durch den Antriebsmotor von einer Beschleunigung durch eine äußere Kraft abgehalten wird. Eine solche äußere Kraft ist insbesondere die Erdbeschleunigung bei einer Bergabfahrt. Der Schubbetrieb wird dann dazu genutzt, das Fahrrads bei einer solchen Bergabfahrt von einer übermäßigen Beschleunigung abzuhalten. Die Geschwindigkeit des Fahrrads wird so unterhalb einer Geschwindigkeit gehalten, bei der ein Fahrer gefühlt oder tatsächlich die Kontrolle über das Fahrrad verliert oder Angst bekommt, er könne die Kontrolle verlieren.Overrun operation is understood to mean that the drive motor is driven by the impeller. In this case, overrun operation can be present if the impeller is braked by the drive motor or if the impeller is prevented from being accelerated by an external force by the drive motor. Such an external force is in particular the acceleration due to gravity when driving downhill. The overrun mode is then used to prevent the bicycle from accelerating excessively when driving downhill. The speed of the bike is kept below a speed at which a rider feels or actually loses control of the bike or becomes afraid that he might lose control.

Der Antriebsmotor ist in einer bevorzugten Ausgestaltung ein elektrischer Motor. In einer weiteren Ausgestaltung ist der Antriebsmotor ein kraftstoffbetriebener Motor, insbesondere eine Brennkraftmaschine. Wird der Antriebsmotor dazu verwendet, die Bewegungsenergie des Laufrads in elektrische Energie umzuwandeln, so ist dies bei einem elektrischen Motor möglich, indem dieser als elektrischer Generator betrieben unmittelbar elektrische Energie erzeugt. Ein kraftstoffbetriebener Motor kann als Generator betrieben einen separaten elektrischen Generator antreiben, mittels dem dann elektrische Energie erzeugt wird.In a preferred embodiment, the drive motor is an electric motor. In a further embodiment, the drive motor is a fuel-operated motor, in particular an internal combustion engine. If the drive motor is used to convert the kinetic energy of the impeller into electrical energy, this is possible in the case of an electric motor in that it, operated as an electric generator, generates electrical energy directly. A fuel-operated motor can be operated as a generator and drive a separate electrical generator, by means of which electrical energy is then generated.

Ein Sensor im Sinne der Erfindung ist jeder dem Fachmann bekannte Sensor, der zur Erfassung einer Messgröße geeignet ist, die im Zusammenhang mit einer Drehbewegung der Tretkurbelwelle steht. Dies ist beispielsweise ein Weg- bzw. Winkelsensor, der die Winkelauslenkung der Tretkurbelwelle gegenüber einer Referenzposition misst oder ein Sensor zur Erfassung eines Drehmoments, dass über die Tretkurbelwelle übertragen wird, wie etwa ein Dehnmesstreifen. Der Sensor kann auch ein Geschwindigkeitssensor zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit der Tretkurbelwelle sein. Es sind ferner auch Sensoren umfasst, die eine Größe an einem anderen Bauteil als der Tretkurbelwelle erfassen, aus der dann eine Größe der Tretkurbelwelle errechnet wird.A sensor within the meaning of the invention is any sensor known to a person skilled in the art that is suitable for detecting a measured variable that is related to a rotary movement of the pedal crankshaft. This is, for example, a displacement or angle sensor that measures the angular deflection of the pedal crankshaft relative to a reference position, or a sensor for detecting a torque that is transmitted via the pedal crankshaft, such as a strain gauge. The sensor can also be a speed sensor for detecting the rotational speed of the pedal crankshaft. Furthermore, sensors are also included which detect a variable on a component other than the pedal crankshaft, from which a variable of the pedal crankshaft is then calculated.

Eine Betätigung der Tretkurbelwelle ist in einer Ausführungsform jede Rotation der Tretkurbelwelle. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Betätigung über eine definierte Bewegung bestimmt. Eine definierte Bewegung ist etwa eine Rotation, die über einen bestimmten Mindestdrehwinkel hinaus geht oder eine Rotation, die mit einem bestimmten Moment einhergeht. Alternativ wird der Schubbetrieb nur dann und insbesondere nur so lange aktiviert, wie der Fahrer die Tretkurbel oberhalb einer Mindestsdrehgeschwindigkeit entgegen der Antriebstretrichtung dreht. Mit einer solchen definierten Bewegung, die sich erst einstellen muss, bevor der Schubbetrieb aktiviert wird, lassen sich unbeabsichtigte Aktivierungen des Schubbetriebs vermeiden.In one embodiment, actuation of the pedal crankshaft is any rotation of the pedal crankshaft. In a preferred embodiment, actuation is determined via a defined movement. A defined movement is a rotation that goes beyond a certain minimum angle of rotation or a rotation that is associated with a certain moment. Alternatively, the overrun mode is activated only then and in particular only for as long as the driver turns the pedal crank above a minimum rotational speed against the direction of drive. With such a defined movement, which must first be set before the push mode is activated, unintentional activations of the push mode can be avoided.

Die Antriebstretrichtung der Tretkurbelwelle ist die Richtung, in die ein Fahrer die Tretkurbelwelle durch Pedalieren bewegt, wenn er das Fahrrad in Fahrrichtung antriebt.The drive direction of the crankshaft is the direction in which a rider moves the crankshaft by pedaling when driving the bicycle in the direction of travel.

Als Aktivieren des Schubbetriebs wird verstanden, dass der Antriebsmotor in einen Zustand geschaltet wird, in dem er von dem Laufrad antreibbar ist und in dem keine Antriebsleistung durch den Antriebsmotor zur Verfügung gestellt wird. Der Antriebsmotor ist also mit dem Laufrad gekoppelt. Bevorzugt ist zudem der Antriebsmotor von der Tretkurbelwelle entkoppelt und mit einem Energiespeicher elektrisch verbunden. Beim Aktivieren werden insbesondere mechanische Mittel wie etwa Kupplungen und/oder Getriebe verwendet, um den Schubbetrieb herzustellen. Bevorzugt wird die Aktivierung durch eine Steuereinheit eingeleitet, durchgeführt und insbesondere überwacht sowie geregelt.Activating the overrun mode is understood to mean that the drive motor is switched to a state in which it can be driven by the impeller and in which no drive power is made available by the drive motor. The drive motor is therefore coupled to the impeller. In addition, the drive motor is preferably decoupled from the pedal crankshaft and electrically connected to an energy store. During activation, mechanical means such as clutches and / or gears are used in particular to establish the overrun mode. The activation is preferably initiated, carried out and, in particular, monitored and regulated by a control unit.

Als Freilauf wird eine Einrichtung verstanden, die nur in eine Drehrichtung ein Drehmoment zwischen zwei Teilen überträgt, wobei die Teile in der entgegengesetzte Drehrichtung frei zueinander drehen. In einer Ausführungsform ist eine Sperrverzahnung an einem Teil vorgesehen, die nur in einer Bewegungsrichtung in eine Verzahnung an dem anderen Teil eingreift. Ein Freilauf ist in einer anderen Ausführung als Kupplung gestaltet, die in Abhängigkeit der Drehrichtung eines Teils gekoppelt bzw. ausgekoppelt wird. Im Allgemeinen ist ein Freilauf jede Einrichtung, die ein Drehmoment in einer Drehrichtung überträgt und in der anderen Drehrichtung nicht.A freewheel is understood to mean a device which transmits a torque between two parts in only one direction of rotation, the parts rotating freely with respect to one another in the opposite direction of rotation. In one embodiment, a locking toothing is provided on one part, which engages in a toothing on the other part in only one direction of movement. Another version of a freewheel is designed as a clutch, which is coupled or decoupled depending on the direction of rotation of a part. In general, a freewheel is any device that transmits torque in one direction of rotation and not in the other direction of rotation.

Mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ist es vorteilhaft für den Fahrer eines Fahrrads möglich, auf einfache Weise den Schubbetrieb zu aktivieren, ohne dass es dabei zu einem unangenehm ruckeligen Übergang zwischen Zugbetrieb und Schubbetrieb kommt. Weiterhin kann der Fahrer den Schubbetrieb mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit den Füßen aktivieren, so dass er die Hände weiterhin zum Lenken des Fahrrads oder zum Anzeigen eines Fahrtrichtungswechsel nutzen kann. Andersherum ausgedrückt kann der Fahrer auch während dem Anzeigen eines Fahrtrichtungswechsels den Schubbetrieb auf einfache Weise aktivieren. Der Fahrer hat zudem sehr gute Kontrolle über den Schubbetrieb und kann diesen je nach Ausgestaltung dosiert einsetzen und jederzeit durch Betätigung der Tretkurbelwelle in Antriebstretrichtung wieder aufheben.With a drive device according to the invention, it is advantageously possible for the rider of a bicycle to activate the overrun mode in a simple manner, without an uncomfortably jerky transition between pulling mode and pushing mode occurring. Furthermore, the driver can activate the overrun mode with the drive device according to the invention with his feet, so that he can continue to use his hands to steer the bicycle or to indicate a change of direction. In other words, the driver can easily activate the overrun mode while a change of direction is being displayed. The driver also has very good control over the overrun mode and, depending on the configuration, can use it in a dosed manner and cancel it at any time by actuating the crankshaft in the drive direction.

Mit dem erfindungsgemäßen Freilauf sind die Winkelstellung und die Drehgeschwindigkeit der Tretkurbelwelle unabhängig von der Bewegung des Antriebsmotors und des Laufrads. Im Schubbetrieb wird dann nicht die Tretkurbelwelle über den Antriebsmotor zu einer Drehung entgegen der Antriebstretrichtung gezwungen. Eine solche erzwungene Drehung stünde einer Kontrolle des Schubbetriebs durch den Fahrer entgegen.With the freewheel according to the invention, the angular position and the rotational speed of the pedal crankshaft are independent of the movement of the drive motor and the impeller. In the overrun mode, the crankshaft is not forced to rotate counter to the direction of drive by the drive motor. Such a forced rotation would prevent the driver from controlling the pushing operation.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Antriebsmotor ein Elektromotor. Im Schubbetrieb arbeitet dieser als elektrischer Generator und erzeugt unmittelbar elektrische Energie, die in einen Energiespeicher eingespeichert werden kann. Ein solcher elektrischer Motor ist aus einem Rotor und einem Stator gebildet, wobei der Rotor mit dem Abtrieb oder mit einem auf den Abtrieb wirkenden Getriebe gekoppelt ist. Dreht sich der Rotor im Schubbetrieb in dem Stator, wird in dem Stator ein elektrischer Strom induziert. Vorteilhaft bauen solche elektrischen Motoren zudem sehr klein und sind emissionsfrei sowie geräuscharm zu betreiben.In a preferred embodiment, the drive motor is an electric motor. In overrun, it works as an electrical generator and directly generates electrical energy that can be stored in an energy store. Such an electric motor is formed from a rotor and a stator, the rotor being coupled to the output or to a gear unit acting on the output. If the rotor rotates in the stator in thrust operation, an electric current is induced in the stator. Such electric motors are also advantageously very small and can be operated emission-free and quietly.

Bevorzugt weist die Antriebsvorrichtung einen Energiespeicher auf, mittels dem der Antriebsmotor angetrieben wird, wobei der Antriebsmotor im Schubbetrieb den Energiespeicher auflädt. Die im Schubbetrieb gewonnene elektrische Energie ist dann in dem Energiespeicher speicherbar und zu einem späteren Zeitpunkt zum Antrieb des Antriebsmotors nutzbar, um das Fahrrad anzutreiben. So wird etwa während einer Bergabfahrt des Fahrrads im Schubbetrieb rekuperiert und Energie in den Energiespeicher eingespeist, die dann bei einer folgenden Bergauffahrt zur Unterstützung des Fahrers zur Verfügung steht. Fahrräder mit elektrischem Hilfsantrieb und einem Energiespeicher sind bekannt. Mit der Erfindung lässt sich die Reichweite solcher Fahrräder vergrößern.The drive device preferably has an energy store by means of which the drive motor is driven, the drive motor charging the energy store in overrun mode. The electrical energy obtained in the overrun mode can then be stored in the energy store and used at a later point in time to drive the drive motor in order to propel the bicycle. For example, when the bicycle is going downhill, it is recuperated in overrun mode and energy is fed into the energy storage device, which is then available to support the rider on a subsequent uphill drive. Bicycles with an electrical auxiliary drive and an energy store are known. With the invention, the range of such bicycles can be increased.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuereinheit vorgesehen, die mit dem Sensor zum Empfang von Messdaten des Sensors wirkverbunden ist und bei Detektierung einer Betätigung der Tretkurbelwelle in der Antriebstretrichtung entgegengesetzten Richtung durch den Sensor den Schubbetrieb aktiviert. Als Steuereinheit wird insbesondere ein elektronischer Prozessor verstanden, der dazu eingerichtet ist, insbesondere elektronische Steuersingale zu empfangen und zu senden.In one embodiment of the invention, a control unit is provided which is operatively connected to the sensor for receiving measurement data from the sensor and activates the overrun mode when the sensor detects actuation of the pedal crankshaft in the opposite direction to the drive. A control unit is understood to be, in particular, an electronic processor which is set up to receive and send in particular electronic control signals.

Vorteilhaft sind mit einer solchen Steuereinheit alle Vorgänge, die zum Einrichten eines Betriebsmodus, insbesondere des Schub- oder Zugbetriebs, notwendig sind, ausführbar, steuerbar, regelbar und überwachbar, wenn ein entsprechendes Messignal detektiert wird. Es ist dann keine Reihe von Aktionen des Fahrers notwendig, um den jeweiligen Betriebsmodus einzustellen und zu steuern. Die Steuereinheiten weist zudem bevorzugt eine hohe Auflösung auf, so dass ein sehr präzises Detektieren der Stellung bzw. Bewegung der Tretkurbelwelle mit einem entsprechenden Sensor ermöglicht wird.Advantageously, with such a control unit, all processes that are necessary to set up an operating mode, in particular pushing or pulling, can be carried out, controlled, regulated and monitored when a corresponding measurement signal is detected. There is then no need for a series of actions on the part of the driver to set and control the respective operating mode. The control units also preferably have a high resolution, so that a very precise detection of the position or movement of the pedal crankshaft is made possible with a corresponding sensor.

Weiterhin ist die Steuereinheit bevorzugt programmierbar bzw. einstellbar. Besonders bevorzugt ist sie derart eingerichtet, dass der Fahrer vor oder während der Fahrt die Programmierung bzw. die Einstellungen beeinflussen kann. Die Steuereinheit ist dann beispielsweise derart programmierbar, dass der Schubbetrieb auch unabhängig von der Bewegung der Tretkurbelwelle ab einer eingestellten Maximalgeschwindigkeit aktiviert wird. Zur Programmierung oder Einstellung ist die Steuereinheit bevorzugt mit einem Bedienmittel beispielsweise am Lenker des Fahrrads wirkverbunden.Furthermore, the control unit is preferably programmable or adjustable. It is particularly preferably set up in such a way that the driver can influence the programming or the settings before or during the journey. The control unit can then be programmed, for example, in such a way that the overrun mode is also activated independently of the movement of the crankshaft from a set maximum speed. For programming or setting, the control unit is preferably operatively connected to an operating means, for example on the handlebars of the bicycle.

In einer bevorzugten Ausführung ist die Steuereinheit durch einen Mikrocontroller gebildet. Ein solcher ist leicht und benötigt nur wenig Bauraum, ist demgegenüber aber vielfältig programmierbar und kann eine Vielzahl von Prozessen steuern und regeln.In a preferred embodiment, the control unit is formed by a microcontroller. This is light and requires little installation space, but can be programmed in a variety of ways and can control and regulate a large number of processes.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Zusatzsensor zum unmittelbaren oder mittelbaren Detektieren mindestens einer Fahrbedingung vorgesehen, wobei die Steuereinheit mit dem Zusatzsensor zum Empfang von Messdaten des Zusatzsensors wirkverbunden ist. Eine Fahrbedingung ist beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit, die Neigung oder Beschaffenheit des Untergrunds oder das Gewicht des Fahrrads mit Fahrer und Zuladung.In a further embodiment of the invention, at least one additional sensor is provided for the direct or indirect detection of at least one driving condition, the control unit being operatively connected to the additional sensor for receiving measurement data from the additional sensor. A driving condition is, for example, the driving speed, the inclination or condition of the ground or the weight of the bike with rider and load.

Mit dem Zusatzsensor ist es vorteilhaft möglich, bei Betätigung der Tretkurbelwelle in der Antriebstretrichtung entgegengesetzten Richtung zuerst die Fahrbedingung abzuprüfen, bevor der Schubbetrieb aktiviert wird. So kann eine unabsichtliche Aktivierung in einer Fahrsituation, in der der Schubbetrieb nicht sinnvoll ist, vermieden werden. Wird durch den Zusatzsensor etwa detektiert, dass das Fahrrad gerade mit geringer Geschwindigkeit und unter Volllast des Antriebsmotors einen Berg herauffährt, wird ein Schubbetrieb nicht aktiviert, auch wenn der Fahrer gegebenenfalls unabsichtlich oder unbewusst die Tretkurbelwelle entgegen der Antriebstretrichtung betätigt.With the additional sensor, it is advantageously possible to first check the driving condition when the pedal crankshaft is actuated in the opposite direction to the drive, before the overrun mode is activated. So can an unintentional Activation in a driving situation in which the overrun mode does not make sense can be avoided. If the additional sensor detects that the bicycle is driving up a hill at low speed and under full load of the drive motor, overrun mode is not activated, even if the driver unintentionally or unconsciously actuates the crankshaft against the drive direction.

In einer Ausführungsform ist ein Bedienmittel vorgesehen, mittels dem wahlweise einstellbar ist, ob bei Betätigung der Tretkurbelwelle in eine der Antriebstretrichtung entgegengesetzten Richtung der Schubbetrieb aktiviert wird oder nicht. Dieses Bedienmittel ist beispielsweise ein Schalter, der an einem Fahrradlenker positioniert wird. Eine solches Bedienmittel kann auch mit einem Bedienmittel zur Auswahl der Unterstützung durch den Antriebsmotor integriert ausgeführt sein. Vorteilhaft ist es mit einem solchen Bedienmittel möglich, ein Einschalten des Schubbetriebs gänzlich zu deaktivieren, etwa wenn der Fahrer einen sehr sportlichen Fahrstil bevorzugt und den Schubbetrieb als hinderlich empfindet.In one embodiment, an operating means is provided, by means of which it is optionally possible to set whether or not the overrun mode is activated when the pedal crankshaft is actuated in a direction opposite to the drive direction. This operating means is, for example, a switch that is positioned on a bicycle handlebar. Such an operating means can also be designed to be integrated with an operating means for selecting the assistance provided by the drive motor. With such an operating means, it is advantageously possible to completely deactivate the switching on of the overrun mode, for example if the driver prefers a very sporty driving style and perceives the overrun mode as a hindrance.

Das Bedienmittel ist bevorzug so eingerichtet, dass nicht nur ein Aktivieren oder Deaktivieren des Schubbetriebs bei entsprechender Bewegung der Tretkurbelwelle ermöglicht wird, sondern darüber hinaus auch ein Einstellen und/oder Programmieren dieser Funktion der Antriebsvorrichtung, zum Beispiel durch Einstellen und/oder Programmieren einer Steuereinheit. Der Fahrer kann dann beispielsweise auswählen, welcher Drehwinkel bzw. welche Drehgeschwindigkeit der Tretkurbelwelle in der Antriebstretrichtung entgegengesetzter Richtung erreicht werden muss, bevor ein Schubbetrieb aktiviert wird, oder, wie groß die Bremskraft durch den Schubbetrieb ausfallen soll. Es ist auch programmierbar, dass die Bremskraft mit steigendem Drehwinkel oder steigender Drehgeschwindigkeit gesteigert wird.The operating means is preferably set up in such a way that not only an activation or deactivation of the overrun mode is made possible with a corresponding movement of the crankshaft, but also an adjustment and / or programming of this function of the drive device, for example by adjusting and / or programming a control unit. The driver can then select, for example, which angle of rotation or which rotational speed of the crankshaft must be reached in the opposite direction of the drive train before overrun operation is activated, or how great the braking force should be due to overrun operation. It is also programmable that the braking force is increased as the angle of rotation or the speed of rotation increases.

Die Antriebsvorrichtung ist in einer weiteren Ausführungsform dazu eingerichtet, bei Betätigung der Tretkurbelwelle in einer der Antriebstretrichtung entgegengesetzten Richtung neben dem Schubbetrieb auch eine mechanische oder hydraulische Bremse an einem Laufrad zu aktivieren. Die Tretkurbelwelle ist dann durch den Fahrer bedienbar wie eine bekannte Rücktrittbremse, wobei ein möglichst großer Anteil der Bremskraft durch Rekuperation bei Erzeugung elektrischer Energie bereitgestellt wird. In jedem Fall ist durch die Betätigung der mechanischen oder hydraulischen Bremse sichergestellt, dass eine ausreichende Bremskraft zur gewünschten Verzögerung des Fahrrads erreicht wird. Besonders bevorzugt kann die Antriebseinrichtung so eingestellt bzw. programmiert sein, dass mit zunehmendem Drehwinkel oder zunehmender Drehgeschwindigkeit entgegen der Antriebstretrichtung eine stärkere Bremskraft durch die Rekuperation und/oder die mechanische oder hydraulische Bremse aufgebracht wird.In a further embodiment, the drive device is designed to activate a mechanical or hydraulic brake on a running wheel in addition to the overrun mode when the pedal crankshaft is actuated in a direction opposite to the drive direction. The pedal crankshaft can then be operated by the driver like a known coaster brake, with the greatest possible proportion of the braking force being provided by recuperation when generating electrical energy. In any case, actuation of the mechanical or hydraulic brake ensures that sufficient braking force is achieved for the desired deceleration of the bicycle. Particularly preferably, the drive device can be set or programmed in such a way that with increasing angle of rotation or increasing speed of rotation counter to the direction of drive, a stronger braking force is applied by recuperation and / or the mechanical or hydraulic brake.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Antriebsvorrichtung ist ein auf die Tretkurbelwelle wirkendes Bremsmittel vorgesehen, dass eine Drehung der Tretkurbelwelle in der Antriebstretrichtung entgegengesetzter Richtung bremst und/oder begrenzt. Insbesondere, wenn die Tretkurbelwelle durch einen Freilauf von dem Antriebsmotor und dem Abtrieb entkoppelt ist, kann durch ein solches Bremsmittel eine Gegenkraft auf die Tretkurbelwelle aufgebracht werden. Betätigt der Fahrer dann die Tretkurbelwelle entgegen der Antriebstretrichtung, so tritt er gegen einen Widerstand und nicht leer, was im Allgemeinen als wesentlich angenehmer empfunden wird. Besonders bevorzugt kann die Gegenkraft durch das Bremsmittel derart in Abhängigkeit der durch den Antriebsmotor und gegebenenfalls die mechanische oder hydraulische Bremse auf das Laufrad wirkenden Bremskraft simuliert werden, dass dem Fahrer ein Feedback über diese Bremskraft vermittelt wird. Für den Fahrer sind die Pedale dann wie mit einer bekannten Rücktrittbremse verwendbar.In a preferred embodiment of the drive device, a braking means acting on the pedal crankshaft is provided that brakes and / or limits a rotation of the pedal crankshaft in the opposite direction of the drive. In particular, if the pedal crankshaft is decoupled from the drive motor and the output by a freewheel, a counterforce can be applied to the pedal crankshaft by such a braking means. If the driver then actuates the crankshaft against the direction of the drive, he steps against a resistance and not empty, which is generally perceived as much more pleasant. Particularly preferably, the counterforce can be simulated by the braking means as a function of the braking force acting on the impeller by the drive motor and possibly the mechanical or hydraulic brake so that the driver is given feedback about this braking force. For the driver, the pedals can then be used as with a known coaster brake.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrrad mit einer Antriebsvorrichtung. Als Fahrrad werden insbesondere die bereits definierten Gegenstände verstanden. Die Vorteile der erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung lassen sich bei schweren Fahrrädern besonders gut nutzen, da solche Fahrräder bei Bergabfahrten viel Bewegungsenergie entwickeln, die durch Rekuperation in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Bevorzugt ist das Fahrrad daher ein Lastenfahrrad, ein Mehrpersonenfahrrad oder ein Fahrrad mit Anhängerkupplung. Als Mehrpersonenfahrrad wird ein solches verstanden, dass mindestens zwei Sitze aufweist, so wie etwa ein Tandem oder ein Fahrrad mit Kindersitz.A second aspect of the invention relates to a bicycle with a drive device. In particular, the objects already defined are understood as a bicycle. The advantages of the drive device according to the invention can be used particularly well with heavy bicycles, since such bicycles develop a lot of kinetic energy when driving downhill, which can be converted into electrical energy by recuperation. The bicycle is therefore preferably a cargo bicycle, a multi-person bicycle or a bicycle with a trailer coupling. A multi-person bicycle is understood to be one that has at least two seats, such as a tandem or a bicycle with a child seat.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Dabei wird bei Betätigung der Tretkurbelwelle in eine der Antriebstretrichtung entgegengesetzten Richtung ein Schubbetrieb aktiviert, in dem der Antriebsmotor das mindestens eine Laufrad abbremst und dabei die Bewegungsenergie des Laufrads in elektrische Energie umwandelt wird, und wobei der Antriebsmotor im Schubbetrieb von der Tretkurbelwelle durch den Freilauf entkoppelt wird.A third aspect of the invention relates to a method for operating the drive device according to the invention. When the pedal crankshaft is actuated in a direction opposite to the drive direction, overrun mode is activated, in which the drive motor brakes the at least one impeller and the kinetic energy of the impeller is converted into electrical energy, and the drive motor is decoupled from the crankshaft in overrun mode by the freewheel will.

Eine Betätigung der Tretkurbelwelle ist in einer ersten Ausführungsform dann gegeben, wenn die Tretkurbelwelle um einen bestimmten Drehwinkel entgegen der Antriebstretrichtung verdreht wurde. Dieser Drehwinkel liegt beispielsweise zwischen 0 und 45°. Wird die Tretkurbelwelle zwar entgegen der Antriebtretrichtung verdreht, jedoch nicht bis zu diesem bestimmten Drehwinkel bzw. darüber hinaus, wird der Schubbetrieb nicht aktiviert. Auf diese Weise wird eine unbeabsichtigte Betätigung des Schubbetriebs vermieden.In a first embodiment, the pedal crankshaft is actuated when the pedal crankshaft has been rotated by a certain angle of rotation counter to the direction of drive. This angle of rotation is between 0 and 45 °, for example. If the crankshaft is rotated against the direction of drive, but not up to this specific angle of rotation or beyond, push mode is not activated. In this way, inadvertent actuation of the push mode is avoided.

Eine Betätigung der Tretkurbelwelle ist in einer zweiten Ausführungsform dann gegeben, wenn eine bestimmte Drehgeschwindigkeit der Tretkurbelwelle entgegen der Antriebstretrichtung erkannt wird. Eine solche Drehgeschwindigkeit entspricht beispielsweise einer Drehfrequenz zwischen 0 und 3 Hertz. Der Fahrer muss dann zuerst diese Drehgeschwindigkeit überschreiten, um den Schubbetrieb zu aktivieren. In einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform muss die Drehgeschwindigkeit für eine bestimmte Zeitspanne vorliegen, bevor der Schubbetrieb aktiviert wird. Die Zeitspanne liegt beispielsweise zwischen 0 und 1 Sekunden. In beiden Varianten ist es möglich, eine unbeabsichtigte Betätigung des Schubbetriebs zu vermeiden. Weiterhin ist auf diese Weise ein langsames Pedalieren entgegen der Antriebstretrichtung möglich, ohne den Schubbetrieb zu aktivieren, so dass dem Fahrer einen Freilauf zur Verfügung steht.In a second embodiment, the pedal crankshaft is actuated when a certain rotational speed of the pedal crankshaft opposite to the driving direction is detected. Such a rotational speed corresponds, for example, to a rotational frequency between 0 and 3 Hertz. The driver must then first exceed this turning speed in order to activate the overrun mode. In one configuration of this embodiment, the rotational speed must be present for a certain period of time before the overrun mode is activated. The time span is, for example, between 0 and 1 seconds. In both variants it is possible to avoid unintentional actuation of the overrun mode. Furthermore, in this way it is possible to pedal slowly against the direction of drive without activating the overrun mode, so that the driver has free-wheeling available.

In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird die auf das Laufrad ausgeübte Bremsverzögerung in Abhängigkeit von dem Drehwinkel der Tretkurbelwelle in der Antriebstretrichtung entgegengesetzter Richtung eingestellt. Mit zunehmendem Drehwinkel wird dann die Bremskraft auf das Laufrad erhöht, so dass es dem Fahrer ermöglicht wird, die Bremskraft über den Drehwinkel zu dosieren. Er kann den Schubbetrieb dann gezielt als Bremse verwenden, und zwar in ähnlicher Weise wie eine bekannte Rücktrittbremse. Besonders bevorzugt wird dieses Verfahren bei einer Antriebsvorrichtung ausgeführt, die ein auf die Tretkurbelwelle wirkendes Bremsmittel aufweist und/oder die mit einer mechanischen oder hydraulischen Bremse zusammenwirkt.In a preferred embodiment of the method, the braking deceleration exerted on the running wheel is set as a function of the angle of rotation of the pedal crankshaft in the direction opposite to the driving direction. As the angle of rotation increases, the braking force on the wheel is then increased so that the driver is able to dose the braking force via the angle of rotation. He can then specifically use the overrun mode as a brake, in a manner similar to a known coaster brake. This method is particularly preferably carried out with a drive device which has a braking means acting on the pedal crankshaft and / or which interacts with a mechanical or hydraulic brake.

In einer alternativen Ausführungsform wird die auf das Laufrad ausgeübte Bremsverzögerung in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Tretkurbelwelle in der Antriebstretrichtung entgegengesetzter Richtung eingestellt. Mit zunehmender Drehgeschwindigkeit wird dann die Bremskraft erhöht. Auch in diesem Fall kann der Fahrer den Schubbetrieb zum gezielten und dosierten Bremsen verwenden.In an alternative embodiment, the braking deceleration exerted on the wheel is set as a function of the rotational speed of the pedal crankshaft in the direction opposite to the drive direction. The braking force is then increased as the rotational speed increases. In this case, too, the driver can use overrun mode for targeted and metered braking.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die auf das Laufrad ausgeübte Bremsverzögerung in Abhängigkeit von dem Drehwinkel und der Drehgeschwindigkeit der Tretkurbelwelle in der Antriebstretrichtung entgegengesetzter Richtung eingestellt.In a further embodiment of the method, the braking deceleration exerted on the running wheel is set as a function of the angle of rotation and the speed of rotation of the pedal crankshaft in the direction opposite to the driving direction.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird bei Betätigung der Tretkurbelwelle in eine der Antriebstretrichtung entgegengesetzten Richtung vor einer Aktivierung der Schubbetriebs mindestens eine Fahrbedingung überprüft. Wie bereits vorab beschrieben, ist eine solche Fahrbedingung beispielsweise die Fahrgeschwindigkeit, die Neigung oder Beschaffenheit des Untergrunds oder das Gewicht des Fahrrads mit Fahrer und Zuladung.In a preferred embodiment, when the pedal crankshaft is actuated in a direction opposite to the drive direction, at least one driving condition is checked before the overrun mode is activated. As already described above, such a driving condition is, for example, the driving speed, the inclination or nature of the ground or the weight of the bicycle with driver and load.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren beschrieben, die eine Ausführungsformen der Erfindung zeigen. Im Einzelnen zeigt:

1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung in schematischer Darstellung;
2 eine Seitensicht der Antriebsvorrichtung aus 1; und
3 ein schematisches Verfahrensschaubild eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

The invention is described below with reference to figures which show an embodiment of the invention. In detail shows:

1 a cross section through a drive device according to the invention in a schematic representation;
2 a side view of the drive device 1 ; and
3 a schematic process diagram of a method according to the invention.

1 zeigt eine Antriebsvorrichtung 1 mit einer Tretkurbelwelle 2 und einem Abtrieb 3, der auf ein Kettenzahnrad 7 wirkt. Weiterhin weist die Antriebsvorrichtung 1 eine als elektrischen Motor ausgeführten Antriebsmotor 4 auf. Der Antriebsmotor 4 und die Tretkurbelwelle 2 sind jeweils mit einem Planetengetriebe 5 verbunden. Das Planetengetriebe 5 weist eine Planetenstufe mit einem ersten Planetensatz mit mehreren Planetenrädern 5a auf, wobei die Planetenräder 5a drehbar an einem Planetenträger 6 angeordnet sind und mit einem Sonnenrad 5b sowie mit einem gehäusefesten Hohlrad 5c im Zahneingriff stehen. 1 shows a drive device 1 with a crankshaft 2 and a downforce 3 standing on a sprocket 7th works. Furthermore, the drive device 1 a drive motor designed as an electric motor 4th on. The drive motor 4th and the crankshaft 2 are each with a planetary gear 5 tied together. The planetary gear 5 has a planetary stage with a first planetary set with several planetary gears 5a on, with the planet gears 5a rotatable on a planet carrier 6th are arranged and with a sun gear 5b as well as with a ring gear fixed to the housing 5c are in mesh.

Die Tretkurbelwelle 2 treibt dabei das Sonnenrad 5b des Planetengetriebes 5 an. Das Sonnenrad 5b treibt die Planetenräder 5a an, die wiederum den Rotor des Antriebsmotors 4 antrieben. Der Rotor des Antriebsmotors 4 wirkt auf den Abtrieb 3.The crankshaft 2 drives the sun gear 5b of the planetary gear 5 at. The sun gear 5b drives the planet gears 5a on, which in turn is the rotor of the drive motor 4th driven. The rotor of the drive motor 4th acts on the downforce 3 .

In einem Zugbetrieb kann der Antriebsmotor 4 mittels eines Bedienmittels 8 derart betätigt werden, dass der Antriebsmotor 4 einen über an der Tretkurbelwelle 2 angeordnete Pedale 10 des Fahrrads mit Muskelkraft erfolgenden Antrieb des Fahrrads unterstützt oder ganz übernimmt. Beispielsweise kann während einer Bergauffahrt der Antrieb ohne Übersetzung des Antriebsmotors 4 unterstützt werden. Wenn der Fahrer pedaliert, wird das Planetengetriebe 5 in einem Umlaufbetrieb betrieben, wobei das Sonnenrad 5b rotiert und den Planetenträger 6 in eine Drehbewegung versetzt, deren Drehzahl im manuellen Betrieb der Drehzahl des Abtriebs 3 entspricht. Zur Unterstützung des manuellen Antriebs kann der Antriebsmotor 4 derart betätigt werden, dass die Drehzahl des Rotors bzw. des Abtriebs 3 auch bei abnehmendem Drehmoment aus der Tretkurbelwelle 2 konstant gehalten wird oder, dass die Drehzahl erhöht wird.In a train operation, the drive motor 4th by means of an operating means 8th be operated such that the drive motor 4th one over on the crankshaft 2 arranged pedals 10 of the bicycle with muscle power assisted drive of the bicycle or takes over completely. For example, the drive can be used without a gear ratio of the drive motor during an uphill drive 4th get supported. When the driver is pedaling, the planetary gear will be 5 operated in a circulating operation, the sun gear 5b rotates and the planet carrier 6th set in a rotary motion, the speed of which in manual operation corresponds to the speed of the output 3 is equivalent to. To support the manual drive, the drive motor 4th be operated in such a way that the speed of the rotor or the output 3 even with decreasing torque from the crankshaft 2 is kept constant or that the speed is increased.

Während einer Fahrt des Fahrrads auf in Wesentlichem ebener Fahrbahn kann in einem Zugbetrieb das Planetengetriebe 5 in einem Blockbetrieb betrieben werden, wobei das Sonnenrad 5b sowie die Planetenräder 5a synchron um die Längsachse des Planetengetriebes 5 rotieren. Während des Blockbetriebs kann der Antriebsmotor 4 den Abtrieb 3 ohne Übersetzung unterstützen.While the bicycle is traveling on a substantially flat road surface, the planetary gear 5 be operated in a block mode, the sun gear 5b as well as the planet gears 5a synchronously around the longitudinal axis of the planetary gear 5 rotate. During block operation, the drive motor can 4th the downforce 3 support without translation.

In einem Schubbetrieb, der erfindungsgemäß bei Betätigung der Tretkurbelwelle 2 in der Antriebstretrichtung entgegengesetzter Richtung aktiviert wird, wird der Rotor des Antriebsmotors 4 über den Abtrieb 3 angetrieben, wodurch ferner der Planetenträger 6, die Planetenräder 5a sowie das Sonnenrad 5b in eine Rotation versetzt werden. Ein Freilauf 12 verhindert dabei, dass die Tretkurbelwelle 2 in eine entgegengesetzte Drehbewegung versetzt wird. Anders gesagt ist der Freilauf 12 dazu eingerichtet, eine kinematische Energie aus Abtrieb 3 zu entkoppeln, wobei die kinematische Energie zur Rekuperation durch den Antriebsmotor 4 nutzbar ist. Die dadurch gewonnene elektrische Energie wird in einen Energiespeicher 13 gespeist und dort gespeichert.In a thrust operation, which according to the invention occurs when the pedal crankshaft is actuated 2 is activated in the opposite direction of drive, the rotor of the drive motor 4th about the downforce 3 driven, whereby also the planet carrier 6th who have favourited planet gears 5a as well as the sun gear 5b be set in a rotation. A freewheel 12th prevents the pedal crankshaft 2 is set in an opposite rotary motion. In other words, it is freewheeling 12th set up for this, a kinematic energy from output 3 to decouple, with the kinematic energy for recuperation by the drive motor 4th is usable. The electrical energy obtained in this way is stored in an energy store 13th fed and stored there.

Die Antriebsvorrichtung 1 weist weiterhin einen Sensor 15 zum unmittelbaren oder mittelbaren Erfassen der Drehrichtung sowie des Drehwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeit der Tretkurbelwelle 2 auf. Detektiert der Sensor 15 eine Betätigung der Tretkurbelwelle 2 in Richtung entgegen der Antriebstretrichtung, wird der Schubbetrieb aktiviert.The drive device 1 furthermore has a sensor 15th for direct or indirect detection of the direction of rotation and the angle of rotation and / or the speed of rotation of the crankshaft 2 on. The sensor detects 15th an actuation of the crankshaft 2 in the opposite direction to the drive direction, the overrun mode is activated.

Die Antriebsvorrichtung 1 weist auch eine Steuereinheit 16 auf, mittels der alle schaltbaren und/oder beweglichen Teile der Antriebsvorrichtung 1 gesteuert werden. Mittels der Steuereinheit 16 wird etwa zwischen einem Umlaufbetrieb und einem Blockumlauf des Planetengetriebes 5 umgeschaltet, der Freilauf 12 wird betätigt und der Antriebsmotor 4 wird gesteuert. Insbesondere ist die Steuereinheit 16 mit dem Sensor 15 zum Empfang von dessen Messwerten wirkverbunden, so dass die Steuereinheit 16 in Abhängigkeit der detektierten Werte Bauteile der Antriebsvorrichtung 1 steuern kann. Die Steuereinheit 16 ist bevorzugt auch mit einem nicht dargestellten Zusatzsensor wirkverbunden, wobei der Zusatzsensor eine Fahrbedingung wie etwa die Fahrgeschwindigkeit detektiert. Die Steuereinheit 16 kann die Messwerte des Zusatzsensors dann in die Steuerung der Antriebsvorrichtung 1 einbeziehen.The drive device 1 also has a control unit 16 on, by means of which all switchable and / or moving parts of the drive device 1 being controlled. By means of the control unit 16 is about between a circulating operation and a block circulation of the planetary gear 5 switched, the freewheel 12th is operated and the drive motor 4th is controlled. In particular, the control unit 16 with the sensor 15th to receive its measured values, so that the control unit 16 components of the drive device as a function of the detected values 1 can control. The control unit 16 is preferably also operatively connected to an additional sensor (not shown), the additional sensor detecting a driving condition such as the driving speed. The control unit 16 can then transfer the measured values of the additional sensor into the control of the drive device 1 include.

2 zeigt eine Aufsicht auf die Seite der Antriebsvorrichtung 1. Das Pedal 10, das starr mit der Tretkurbelwelle 2 verbunden ist und dessen Position im Folgenden mit der Position der Tretkurbelwelle 2 gleichgesetzt wird, befindet sich in einer ersten Winkelstellung P₁ , nachdem es aus der Referenzwinkelstellung Po entgegen der Antriebstretrichtung A um den Drehwinkel α verdreht wurde. Die Referenzwinkelstellung Po ist dabei die Winkelstellung, in der sich das Pedal zu dem Zeitpunkt befunden hat, zu dem der Fahrer begonnen hat, es entgegen der Antriebstretrichtung A zu verdrehen oder die als feste (immer gleiche) Startposition definiert wurde. Zum abgebildeten Zeitpunkt bewegt sich das Pedal 10 bzw. die Tretkurbelwelle 2 mit einer Drehgeschwindigkeit ω entgegen der Antriebstretrichtung A. 2 shows a plan view of the side of the drive device 1 . The pedal 10 , that rigidly with the crankshaft 2 is connected and its position in the following with the position of the crankshaft 2 is equated, is in a first angular position P ₁ after it is out of the reference angular position Po against the direction of drive A. about the angle of rotation α was twisted. The reference angle position Po is the angular position in which the pedal was at the point in time at which the driver started, it is opposite to the direction of drive A. to be rotated or which was defined as a fixed (always the same) start position. The pedal moves at the time shown 10 or the crankshaft 2 at a rotational speed ω against the direction of drive A. .

Der Sensor 15 ist je nach Ausführungsform der Erfindung dazu eingerichtet, die Winkelstellung Po, P₁ und somit den Drehwinkel α zu detektieren und/oder die Drehgeschwindigkeit ω zu detektieren. Detektiert der Sensor 15 einen Drehwinkel α oder eine Drehgeschwindigkeit ω oberhalb eines eingestellten Grenzwerts, so wird der Schubbetrieb aktiviert. In einer Ausführungsform der Erfindung wird der Schubbetrieb in Abhängigkeit von dem Drehwinkel α oder der Drehgeschwindigkeit ω verändert. Beispielsweise kann mit steigendem Drehwinkel α bzw. mit steigender Drehgeschwindigkeit ω die Bremskraft durch den Antriebsmotor 4 auf ein Laufrad erhöht werden.The sensor 15th is set up, depending on the embodiment of the invention, the angular position Po , P ₁ and thus the angle of rotation α to detect and / or the speed of rotation ω to detect. The sensor detects 15th an angle of rotation α or a speed of rotation ω Above a set limit value, overrun mode is activated. In one embodiment of the invention, the overrun mode is dependent on the angle of rotation α or the speed of rotation ω changes. For example, as the angle of rotation increases α or with increasing rotational speed ω the braking force from the drive motor 4th be increased on an impeller.

3 zeigt ein Schaubild eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird eine Betätigung der Tretkurbelwelle 2 entgegen der Antriebstretrichtung A detektiert. Daraufhin wird in einem zweiten Verfahrensschritt 110 eine Fahrbedingung, wie etwa die Neigung oder Beschaffenheit des Untergrunds oder das Gewicht des Fahrrads mit Fahrer und Zuladung überprüft. Entspricht die Fahrbedingung einem voreingestellten Wert nicht, so wird das Verfahren abgebrochen und zum ersten Verfahrensschritt 100 zurückgeführt. Entspricht die Fahrbedingung dem voreingestellten Wert, so folgt ein dritter Verfahrensschritt 120, in dem der Schubbetrieb aktiviert wird. Dazu wird beispielsweise der Freilauf aktiviert und der Antriebsmotor 4 mit dem Abtrieb 3 verbunden oder bei Systemen wie in wechselt der Antriebsmotor in den Schubbetrieb. 3 shows a diagram of a method according to the invention. In a first process step 100 becomes an actuation of the crankshaft 2 against the direction of drive A. detected. Thereupon, in a second process step 110 Checks a driving condition, such as the slope or nature of the surface or the weight of the bike with rider and load. If the driving condition does not correspond to a preset value, the process is aborted and the first process step proceeds 100 returned. If the driving condition corresponds to the preset value, a third procedural step follows 120 , in which the overrun mode is activated. For this purpose, for example, the freewheel is activated and the drive motor 4th with the downforce 3 connected or for systems like in the drive motor changes to overrun mode.

Im Folgenden wird in einem vierten Verfahrensschritt 130 der Drehwinkel α oder die Drehgeschwindigkeit ω durch den Sensor 15 überprüft. Weicht der Drehwinkel α oder die Drehgeschwindigkeit ω von dem zuletzt detektierten Wert ab, so wird die Bremskraft, die von dem Antriebsmotor 4 auf den Abtrieb 3 ausgeübt wird, in einem fünften Verfahrensschritt 140 geregt. Der vierte Verfahrensschritt 130 und der fünfte Verfahrensschritt 140 werden als Regelkreis dauerhaft bzw. sich in kurzen Zeitabständen wiederholend ausgeführt, solange der Schubbetrieb aktiv ist. So ist eine Steuerung der Bremskraft durch den Fahrer mittels der Winkelstellung Po, P₁ und/oder der Winkelgeschwindigkeit ω des Pedals 10 möglich.The following is a fourth method step 130 the angle of rotation α or the speed of rotation ω through the sensor 15th checked. The angle of rotation deviates α or the speed of rotation ω from the last detected value, the braking force that is generated by the drive motor 4th on the downforce 3 is exercised in a fifth procedural step 140 excited. The fourth process step 130 and the fifth step 140 are executed as a control loop permanently or repetitively at short time intervals as long as the overrun mode is active. This is how the driver controls the braking force by means of the angular position Po , P ₁ and / or the angular velocity ω of the pedal 10 possible.

Das beschriebene Verfahren wird jederzeit dann abgebrochen, wenn ein Betätigen der Tretkurbelwelle 1 in Antriebstretrichtung A detektiert wird.The procedure described is canceled at any time if the pedal crankshaft is actuated 1 in drive direction A. is detected.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: AntriebsvorrichtungDrive device
22: TretkurbelwelleCrankshaft
33rd: AbtriebDownforce
44th: AntriebsmotorDrive motor
55: PlanetengetriebePlanetary gear
5a5a: PlanetenräderPlanetary gears
5b5b: SonnenradSun gear
5c5c: HohlradRing gear
66th: PlanetenträgerPlanet carrier
77th: KettenzahnradSprocket wheel
88th: BedienmittelOperating means
1010: Pedalpedal
1212th: FreilaufFreewheel
1313th: EnergiespeicherEnergy storage
1515th: Sensorsensor
1616: SteuereinheitControl unit
100100: erster Verfahrensschrittfirst procedural step
110110: zweiter Verfahrensschrittsecond procedural step
120120: dritter Verfahrensschrittthird process step
130130: vierter Verfahrensschrittfourth procedural step
140140: fünfter Verfahrensschrittfifth procedural step
AA.: AntriebstretrichtungDrive direction
PoPo: ReferenzwinkelstellungReference angle position
P1P1: erste Winkelstellungfirst angular position
αα: DrehwinkelRotation angle
ωω: DrehgeschwindigkeitTurning speed

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102009045447 A1 [0004]
EP 2703276 A1 [0006]

Claims

Drive device (1) for driving at least one wheel of a bicycle, comprising at least one pedal crankshaft (2) and a drive motor (4) arranged in the bottom bracket of the pedal crankshaft (2), each for the stand-alone or joint drive of the at least one wheel in a pulling mode, with a Freewheel (12) is provided for the optional coupling or decoupling of the crankshaft (2) with or from the drive motor (4) and an output (3), and wherein the drive motor (4) is set up to brake the at least one impeller in overrun mode and converting the kinetic energy of the impeller into electrical energy, the drive device (1) having at least one sensor (15) for directly or indirectly detecting the direction of rotation and the angle of rotation (a) and / or the rotational speed (ω) of the crankshaft (2) and is set up for this purpose, upon actuation of the pedal crankshaft (2) in one of the drive direction (A) e In the opposite direction to activate the overrun mode, the crankshaft (2) being decoupled from the drive motor (4) and the output (3) by the freewheel (12) in the overrun mode.

Drive device (1) according to Claim 1 , wherein the drive motor (4) is an electric motor.

Drive device (1) according to one of the preceding claims, wherein the drive device (1) has an energy store (13) by means of which the drive motor (4) is driven, the drive motor (4) charging the energy store (13) in overrun mode.

Drive device (1) according to one of the preceding claims, wherein a control unit (16) is provided which is operatively connected to the sensor (15) for receiving measurement data from the sensor (15) and upon detection of an actuation of the crankshaft (2) in the drive direction (A) in the opposite direction, the sensor (15) activates the push mode.

Drive device (1) according to one of the preceding claims, wherein at least one additional sensor is provided for the direct or indirect detection of at least one driving condition, the control unit (16) being operatively connected to the additional sensor for receiving measurement data from the additional sensor.

Drive device (1) according to one of the preceding claims, wherein an operating means (8) is provided, by means of which it is optionally possible to set whether or not the overrun mode is activated when the pedal crankshaft (2) is actuated in a direction opposite to the drive direction (A).

Drive device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device (1) is set up to apply a mechanical or hydraulic brake to a mechanical or hydraulic brake in addition to the overrun mode when the pedal crankshaft (2) is actuated in a direction opposite to the drive direction (A) Activate impeller.

Drive device (1) according to one of the preceding claims, wherein a braking means acting on the pedal crankshaft (2) is provided that brakes and / or limits a rotation of the pedal crankshaft (2) in the direction opposite to the drive direction (A).

Bicycle with a drive device (1) according to one of the preceding claims.

Bike after Claim 9 , characterized in that it is a cargo bike, a multi-person bike or a bike with a trailer coupling.

Method for operating a drive device (1) according to one of the Claims 1 until 8th or a bike Claim 9 or 10 , whereby when the pedal crankshaft (2) is actuated in a direction opposite to the drive direction (A), a pushing operation is activated in which the drive motor (4) brakes the at least one impeller and converts the kinetic energy of the impeller into electrical energy, the drive motor (4) is decoupled from the crankshaft by the freewheel (12) in overrun mode.

Procedure according to Claim 11 , the braking deceleration exerted on the wheel being set as a function of the angle of rotation (a) of the pedal crankshaft (2) in the direction opposite to the driving direction (A).

Procedure according to Claim 11 , the braking deceleration exerted on the running wheel being set as a function of the rotational speed (ω) of the pedal crankshaft (2) in the direction opposite to the driving direction (A).

Procedure according to Claim 11 , the braking deceleration exerted on the wheel being set as a function of the angle of rotation (a) and the speed of rotation (ω) of the pedal crankshaft (2) in the direction opposite to the driving direction (A).

Method according to one of the preceding claims, wherein upon actuation of the pedal crankshaft (2) in one of the drive direction (A) opposite direction is checked before activation of the overrun at least one driving condition.