DE102021100920A1 - Antriebsmodul für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug - Google Patents

Antriebsmodul für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug Download PDF

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Peter Greb
Laszlo Man
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/55Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M23/00Transmissions characterised by use of other elements; Other transmissions
    • B62M23/02Transmissions characterised by use of other elements; Other transmissions characterised by the use of two or more dissimilar sources of power, e.g. transmissions for hybrid motorcycles

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben der Antriebsanordnung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug.
  • Zumindest teilweise muskelkraftbetriebene bzw. betreibbare Fahrzeuge, beispielsweise Fahrräder mit einem Hilfsantrieb, sind aus dem Stand der Technik als Elektrofahrräder bekannt. Ein Elektrofahrrad ist ein Fahrrad mit einem zusätzlich eingebauten Elektromotor. Ein mit dem Elektromotor zusammenwirkender Akkumulator ist abnehmbar ausgeführt und kann an einer Haushalts-Steckdose aufgeladen werden. Aus führerscheinrechtlichen Gründen wird unterschieden zwischen Fahrrädern mit beschränkter Tretunterstützung (Pedelec), Fahrrädern mit unlimitierter Tretunterstützung (schnelles Pedelec), Fahrrädern mit tretunabhängigem Zusatzantrieb (E-Bike) und Elektrorädern ohne Tretantrieb (E-Scooter). Bei einem Pedelec springt der Elektromotor nur an, wenn in die an einer Tretkurbel angeordneten Pedale getreten wird. Mithin wird das Pedelec zumindest teilweise durch Muskelkraft betrieben. Der Elektromotor unterstützt also nur die Tretkraft.
  • Aus dem Stand der Technik sind Antriebssysteme für motorisch unterstützte Fahrräder bekannt, bei denen ein Generator die biomechanische Antriebsleistung eines Benutzers in eine elektrische Leistung umwandelt, welche dann durch einen mit einem Rad verbundenen Antriebsmotor wieder in mechanische Antriebsleistung umgewandelt wird.
  • Aus der DE 10 2011 082 082 A1 geht ein Fahrrad mit einem als Nabenmotor ausgebildeten Hilfsmotor hervor. Ferner umfasst das Fahrrad ein durch den Hilfsmotor antreibbares Antriebsrad, ein Tretlager mit einer Pedalerie, deren mechanische Energie ein im Tretlager angeordneter Generator in elektrische Energie umwandelt. Der Generator kann den Hilfsmotor betreiben. Dabei ist der Hilfsmotor derart mechanisch getrennt von der Pedalerie angeordnet, dass der Hilfsmotor ausschließlich von der vom Generator und/oder von einem Energiespeicher bereitstellbaren elektrischen Energie betreibbar ist.
  • Die 10 2017 213 303 A1 beschreibt eine Motoranordnung mit einem Antriebsmotor und einer Getriebevorrichtung, die radial innerhalb des Antriebsmotors angeordnet ist. Diese Motoranordnung ist dazu vorgesehen, über eine elektrische Leitung mit einem elektrischen Generator und/oder mit einem elektrischen Energiespeicher verbunden zu werden. Auch hierbei wird der Generator durch Muskelkraft über eine Tretkurbel angetrieben, um elektrische Energie zu erzeugen, die zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet wird. Somit entfällt auch hierbei eine Antriebskette oder ein Antriebsriemen am Fahrzeug.
  • Sobald das Fahrzeug zum Stillstand kommt - auch nur vorübergehend, wenn beispielsweise der Fahrer an einer Ampel wartet - ist es nicht wie bei konventionellen Fahrrädern möglich, einen Fuß zum nachfolgenden Anfahren in einer beispielsweise ca. 3 Uhr-Stellung auf einem der Pedale zu belassen, da die Tretkurbel und damit das Pedal nicht mechanisch gehalten wird und dieses somit in einen unteren Totpunkt „absackt“. Von dieser Pedalstellung (ein Pedal im unteren Totpunkt und ein Pedal im höchsten Punkt) kann vom Fahrer nur sehr aufwändig Drehmoment zum Anfahren aufgebracht werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein seriell-hybrides Antriebsmodul zu schaffen, dass ohne eine mechanische Verbindung zwischen Tretkurbel und Antriebsrad auskommt und mit dem es dem Fahrer möglich ist, aus einer geeigneten Pedalstellung anzufahren. Dies soll möglich sein, ohne dafür elektrische Energie aufwenden zu müssen
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Antriebsmodul gemäß Anspruch 1.
  • Das erfindungsgemäße Antriebsmodul ist dafür vorgesehen, als Antriebsanordnung eines zumindest teilweise muskelkraftbetreibbaren Fahrzeugs verbaut zu werden.
  • Es umfasst mehrere Modulelement und dabei zunächst einen Generator mit einem Rotor und einem Stator. Mit dem Rotor ist eine Rotorwelle verbunden, mit der wiederum - zumindest mittelbar - eine Kurbelwelle verbunden ist. Die Kurbelwelle ist dafür vorgesehen mit einer Tretkurbel verbunden zu werden, die wiederum dafür vorgesehen ist, Tretpedale zu umfassen. Die Rotorwelle ist als Hohlwelle ausgebildet und umschließt die Kurbelwelle zumindest über einen Teil deren axialer Erstreckung in koaxialer Anordnung.
  • Das erfindungsgemäße Antriebsmodul umfasst ferner ein Getriebe. Dieses ist vorzugsweise dafür vorgesehen, die über die Kurbelwelle eingebrachte Drehzahl deutlich „ins Schnelle“ zu übersetzen und dabei das Drehmoment zu reduzieren. Dies spielt auch im Hinblick auf die Wirkung der nachfolgend beschriebenen Reibbelagsegmente ein Rolle. Als Getriebe sind beispielsweise Planetengetriebe, gegebenenfalls auch mehrstufig, denkbar. Ebenso denkbar sind beispielsweise Excentergetriebe.
  • Erfindungsgemäß ist zwischen der Rotorwelle und einem weiteren Modulelement eine Fliehkraftwirkeinheit angeordnet, die mehrere Reibbelagsegmente umfasst.
  • Dieses weitere Modulelement kann in einer ersten Ausführungsform beispielsweise die Kurbelwelle sein. Dann sind die Reibbelagsegmente mit dem Innenumfang der Rotorwelle verbunden, so dass sie im Stillstand und bei sehr geringer Drehzahl der Kurbelwelle einen Reibschluss mit dieser ausbilden. In diesem Fall könnte man die Fliehkraftwirkeinheit auch als Fliehkraftkupplungseinheit bezeichnen.
  • Das weitere Modulelement kann in einer zweiten Ausführungsform auch ein Gehäuse sein. In diesem Fall sind die Reibbelagsegmente mit dem Rotor verbunden, so dass sie im Stillstand oder bei sehr geringer Drehzahl der Rotorwelle einen Reibschluss mit dem Gehäuse ausbilden. In diesem Fall könnte man auch von einer Fliehkraftbremseinheit sprechen.
  • Bevorzugt sind die Reibbelagsegmente der Fliekraftwirkeinheit gleichmäßig beabstandet auf einer Kreislinie angeordnet. Diese Kreislinie erstreckt sich konzentrisch zur Rotorwelle. Je nachdem, welches weitere Modulelement als Reibpartner zu der Rotorwelle dient, ist die Fliehkraftwirkeinheit unterschiedlich ausgebildet: Dient die Kurbelwelle als Reibpartner, so ist jedes Reibbelagsegment drehfest über einen Mitnehmerstift mit dem Innenumfang der Rotorwelle verbunden. Dient das Gehäuse als Reibpartner, so ist jedes Reibbelagsegment drehfest über einen Mitnehmerstift mit dem Rotor verbunden.
  • In beiden Fällen ist jedes Reibbelagsegment durch eine Feder so vorgespannt („aufgerichtet“), dass es von der Feder in radialer Richtung gegen das weitere Modulelement mit einer Kraft Fstill gepresst wird. Diese Federkraft Fstill der Feder ist so ausgelegt, dass im Stillstand eines mit dem Antriebsmodul ausgestatteten Fahrzeugs die Kurbelwelle aufgrund der Reibung zwischen den Reibbelagsegmenten und dem weiteren Modulelement in ihrer Position verbleibt und nicht dem Gewicht der Tretkurbel und einem darauf lastenden Gewicht eines Fahrerbeins folgt und in eine 0 Uhr/12 Uhr-Position „durchsackt“. Dafür ist die Federkraft Fstill geringfügig größer, als ein durch die Tretkurbel 4 und ein darauf lastendes Gewicht des Fahrerbeins an der Tretkurbel anstehendes Drehmoment Mstill.
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung der Erfindung anhand der beiden Figur näher dargestellt.
    • Hierbei zeigt 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebmoduls 1 in einer ersten Ausführungsform. Innerhalb des Gehäuses 2 befindet sich der (nicht extra gekennzeichnete) Generator mit einem Rotor 10 und einem Stator 11. Mit dem Rotor verbunden ist eine als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle, die die Kurbelwelle 3 umschließt. Gezeigt ist ferner das Getriebe 12.
  • In dieser ersten Ausführungsform befinden sich die Reibbelagsegmente 8 am Innenumfang der Rotorwelle und sind jeweils über einen Mitnehmerstift 7 mit diesem verbunden und durch eine Feder 9 vorgespannt.
  • 2 zeigt schematisch das Antriebsmodul 1 mit dem Gehäuse 2 und der Kurbelwelle 3, auf der hier eine Tretkurbel 4 samt Pedalen 5 montiert ist. Der Pfeil 6 kennzeichnet die Fahrtrichtung, für die sich die dargestellte Position der Tretkurbel 4 zum Anfahren als günstig erweist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102011082082 A1 [0004]

Claims (7)

  1. Antriebsmodul (1) für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug umfassend mindestens die Modulelemente - Generator mit einem Rotor (10) und einen Stator (11), - mit dem Rotor (10) verbundene Rotorwelle, - mit der Rotorwelle zumindest mittelbar verbundene Kurbelwelle (3), die mit einer Tretkurbel (4) verbindbar ist, und - Getriebe (12), wobei die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet ist und die Kurbelwelle (3) zumindest über einen Teil deren axialer Erstreckung koaxial umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rotorwelle und einem weiteren Modulelement eine Fliehkraftwirkeinheit angeordnet ist, die mehrere Reibbelagsegmente (8) umfasst.
  2. Antriebsmodul (1) für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbelagsegmente (8) gleichmäßig beabstandet auf einer Kreislinie angeordnet sind.
  3. Antriebsmodul (1) für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibbelagsegmente (8) drehfest über einen Mitnehmerstift (7) mit dem Innenumfang der Rotorwelle oder mit dem Rotor (11) verbunden sind.
  4. Antriebsmodul (1) für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Reibbelagsegment (8) durch eine Feder (9) dergestalt angeordnet ist, dass es von der Feder in radialer Richtung gegen das weitere Modulelement mit einer Kraft Fstill gepresst wird.
  5. Antriebsmodul (1) für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dass Federkraft der Feder und die Reibung zwischen den Reibbelagsegmenten (8) und dem weiteren Modulelement so ausgelegt sind, dass Fstill geringfügig größer ist, als ein durch die Tretkurbel (4) und ein darauf lastendes Gewicht des Fahrerbeins an der Tretkurbel anstehendes Drehmoment Mstill.
  6. Antriebsmodul (1) für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Modulelement die Kurbelwelle (3) ist und die Reibbelagsegmente (8) mit dem Innenumfang der Rotorwelle verbunden sind.
  7. Antriebsmodul (1) für ein zumindest teilweise muskelkraftbetreibbares Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Modulelement ein Gehäuse (2) ist und die Reibbelagsegmente (8) mit dem Rotor (11) verbunden sind.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4322380A1 (de) * 2022-08-09 2024-02-14 Entwicklungsgesellschaft für Getriebesysteme mbH Modulares antriebssystem

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011082082A1 (de) 2011-09-02 2013-03-07 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Fahrrad mit einem Hilfsmotor und Verfahren zum Betreiben eines Fahrrads mit einem Hilfsmotor

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