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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung.
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Es sind elektrische Fahrräder bekannt, welche ohne eine physikalische Antriebsverbindung zwischen Tretkurbel und Hinterrad angetrieben werden können. Der Fahrer treibt dabei mit den Tretkurbeln einen Generator zur Stromerzeugung an, um einen mit dem Hinterrad verbundenen Antriebsmotor mit Strom zu versorgen. Bei einem derartigen Antriebssystem kann somit die physikalische Antriebsverbindung, wie z.B. Kette, Zahnriemen, Kardanwelle etc. entfallen. Um die Drehzahl der Kurbelwelle zu erhöhen und das Drehmoment entsprechend zu reduzieren, kommen üblicherweise konventionelle Getriebetypen, wie z.B. ein- oder mehrstufige Planetengetriebe, Wolfromsatz etc., zum Einsatz, um einen Generator mit wenig Drehmoment und entsprechend kleiner Baugröße einsetzten zu können.
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Die Druckschrift
DE 59709997 D1 offenbart ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug, insbesondere Fahrrad. Das Fahrrad weist einen Generator, der zur Stromerzeugung durch einen Fahrzeugbenutzer antreibbar ist, und mindestens einen Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs, der mit dem Generator zur Übertragung elektrischer Leistung verbunden ist, auf. Insbesondere ist zwischen einer Tretkurbel für das Antreiben des Generators und dem Generator ein Übersetzungsgetriebe in größere Drehzahl vorgesehen ist, wobei das Getriebe ein Planetengetriebe ist, das vorzugsweise mindestens zum Teil im Inneren des Generators untergebracht ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug vorzuschlagen, welche kompakt ist und sich durch einen verbesserten Wirkungsgrad auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und/oder den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Antriebsanordnung, welche für ein muskelbetriebenes Fahrzeug ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere ist das Fahrzeug als ein elektrisches Fahrrad, auch als E-Bike bekannt, ausgebildet. Grundsätzlich kann das Fahrrad genau zwei Räder aufweisen. Alternativ kann das Fahrrad jedoch auch mehr als zwei, insbesondere genau vier Räder aufweisen.
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Die Antriebsanordnung weist ein Antriebsmodul auf, welches zur Erzeugung eines elektrischen Antriebsmoments ausgebildet und/oder geeignet ist. Das Antriebsmodul umfasst vorzugsweise mindestens einen Elektromotor, welcher elektrische Energie in ein elektrisches Antriebsmoment wandelt. Dabei ist das Antriebsmodul, insbesondere der Elektromotor, mit mindestens oder genau einem Antriebsrad des Fahrzeugs antriebstechnisch verbindbar und/oder verbunden. Prinzipiell ist das Antriebsmodul als ein Radnabenantrieb ausgebildet, welcher in das Antriebsrad des Fahrzeugs integriert ist. Alternativ kann das Antriebsmodul jedoch auch außerhalb des Antriebsrades angeordnet und/oder als zentraler Antriebsmotor für ein oder mehrere Antriebsräder dienen. Grundsätzlich ist das Antriebsrad als ein Hinterrad des Fahrzeugs ausgebildet. Alternativ kann das Antriebsrad jedoch auch als ein Vorderrad des Fahrzeugs ausgebildet sein.
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Die Antriebsanordnung weist ein Generatormodul auf, welches zur Erzeugung elektrischer Energie für den Elektromotor ausgebildet und/oder geeignet ist. Das Generatormodul weist hierzu einen Generator auf, der durch einen Fahrzeugbenutzer per Tretkraft antreibbar ist. Insbesondere erzeugt der Generator eine elektrische Leistung, welche aus der am Generator aufgebrachten Drehmomente und Drehzahlen resultiert. Vorzugsweise kann der Fahrzeugbenutzer die Größe der elektrischen Leistung in Abhängigkeit der Tretkraft bzw. Trittfrequenz variieren. Bevorzugt weist die Antriebsanordnung eine Steuerungseinrichtung auf, welche ausgebildet ist, das Antriebsmoment und/oder eine Antriebsdrehzahl des Antriebsmoduls in Abhängigkeit der Tretkraft und/oder Trittfrequenz zu steuern.
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Das Generatormodul weist eine Tretkurbelwelle auf, welche zur Übertragung der Tretkraft auf den Generator ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere sind an der Tretkurbelwelle endseitig jeweils eine Tretkurbel angeordnet, über welche die Tretkraft in die Tretkurbelwelle eingeleitet wird. Insbesondere ist die Tretkurbelwelle über drehbar in dem Generatormodul gelagert. Bevorzugt definiert die Tretkurbelwelle mit ihrer Rotationsachse eine Hauptdrehachse des Generatormoduls.
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Das Generatormodul weist eine Getriebeeinrichtung auf, welche zur Übersetzung der Tretkraft auf den Generator ausgebildet und/oder geeignet ist. Die Tretkurbelwelle ist dabei über die Getriebebeinrichtung getriebetechnisch mit dem Generator verbunden. Insbesondere dient die Getriebeeinrichtung zur Übersetzung ins Schnelle (i < 1), wobei die Drehzahl am Generator vergrößert und das übertragene Drehmoment auf den Generator verkleinert wird.
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Im Rahmen der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Getriebeeinrichtung als ein Wellgetriebe ausgebildet ist. Insbesondere weist das Wellgetriebe einen Getriebeeingang und einen Getriebeausgang auf, wobei die Tretkurbelwelle eingangsseitig und der Generator ausgangsseitig angeordnet ist. Insbesondere ist das Wellgetriebe auch als „harmonic drive“ oder „strain wave gear (SWG)“ bekannt. Insbesondere verläuft ein Kraftübertragungsweg zur Übertragung der Tretkraft von der Tretkurbelwelle über das Wellgetriebe zu dem Generator. Die Tretkurbelwelle ist hierzu in axialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse durch das Wellgetriebe geführt und/oder koaxial zu dem Wellgetriebe angeordnet.
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Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch die Verwendung eines Wellgetriebes ein besonders geräuscharmes Getriebe mit einer kompakten Bauform vorgeschlagen wird. Somit kann ein Generatormodul realisiert, welches sich durch einen geringen Bauraum auszeichnet. Im Gegensatz zu anwendungsspezifisch ausgelegten Planetengetriebestufen entfallen entsprechende Entwicklungsaufwände, wie Zeit, Kosten, Risiko etc. Weiterhin erlauben Wellgetriebe im Zentrum eine durchgehende Welle, was für den Einsatz im Fahrrad mit beidseitig angeordneten Tretkurbeln eine Grundvoraussetzung darstellt.
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In einer konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Wellgetriebe einen Wellgenerator, eine flexible Stirnradeinrichtung und ein Hohlrad aufweist. Die Stirnradeinrichtung weist einen Außenverzahnungsabschnitt und das Hohlrad einen Innenverzahnungsabschnitt auf, wobei der Außenverzahnungsabschnitt und der Innenverzahnungsabschnitt bereichsweise miteinander in Eingriff stehen. Der Wellgenerator weist in axialer Draufsicht vorzugsweise eine elliptische Form auf. Die Stirnradeinrichtung ist insbesondere elastisch ausgebildet, sodass diese insbesondere im Betrieb des Wellgetriebes elliptisch oder zumindest oval durch den Wellgenerator verformt werden kann. Die Anzahl der Zähne der Außenverzahnung und der Innenverzahnung sind dabei unterschiedlich ausgebildet, so dass bei einer vollständigen Umdrehung des Wellgenerators eine Relativrotation zwischen der Stirnradeinrichtung und dem Hohlrad über eine Zahnbreite erfolgt. Insbesondere kämmen die Außenverzahnung und die Innenverzahnung ausschließlich in zwei Teilbereichen miteinander, welche um 180 Grad um eine Hauptdrehachse versetzt angeordnet sind. Der Wellgenerator kann einteilig oder auch mehrteilig ausgebildet sein. In einer anderen Nomenklatur wird die Stirnradeinrichtung auch als Flex Spline bezeichnet.
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Gemäß dieser Ausführung ist vorgesehen, dass die Stirnradeinrichtung einen Getriebeeingang und der Wellgenerator einen Getriebeausgang des Wellgetriebes bildet. Insbesondere wird ein Tretmoment über die Tretkurbelwelle auf die Stirnradeinrichtung übertragen, wobei die Stirnradeinrichtung mit dem Hohlrad kämmt und zugleich der Wellgenerator in Umlaufrichtung rotiert wird. Anders ausgedrückt bildet die Stirnradeinrichtung ein Antriebselement und der Wellgenerator ein Abtriebselement. Es wird somit ein Wellgetriebe vorgeschlagen, welches ein hohes Übersetzungsverhältnis ins Schnelle von der Tretkurbelwelle auf den Generator umsetzt. Dadurch könne kleinere bzw. schwächere und somit günstigere Generatoren eingesetzt werden. Dies kann ebenfalls Entwicklungsaufwände reduzieren und somit auch Varianten von Generatoren ermöglichen, die bei konventioneller Bauweise jeweils erneut spezifisch ausgelegt und entwickelt werden müssten.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass das Generatormodul einen Stator und einen Rotor aufweist, wobei der Wellgenerator drehfest mit dem Rotor verbunden. In einem Fahrbetrieb wird somit das Tretmoment über das Wellgetriebe auf den Rotor übertragen, sodass der Rotor relativ zu dem Stator um die Hauptdrehachse rotiert wird. Insbesondere ist der Wellgenerator formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Rotor, vorzugsweise zumindest drehfest, verbunden. Alternativ können der Wellgenerator und der Rotor auch aus einem gemeinsamen Materialabschnitt gebildet sein. Bevorzugt ist der Wellgenerator in Bezug auf die Hauptdrehachse koaxial und/oder konzentrisch zu dem Rotor angeordnet. Es wird somit ein Generatormodul vorgeschlagen, welches sich durch eine besonders kompakte Bauform auszeichnet.
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In einer weiteren konkreten Realisierung ist vorgesehen, dass der Wellgenerator einen Hohlwellenabschnitt zur Durchführung der Tretkurbelwelle aufweist, wobei die Tretkurbelwelle an einem Innenumfang des Hohlwellenabschnitts drehabar gelagert ist. Insbesondere weist der Hohlwellenabschnitt an seinem Innenumfang mindestens einen Lagersitz für eine Lagereinrichtung, vorzugsweise ein Wälzlager, auf, über welche die Tretkurbelwelle drehbar an dem Hohlwellenabschnitt abgestützt ist. Bevorzugt ist der Rotor an einem Außenumfang des Hohlwellenabschnitts drehfest montiert. Der Hohlwellenabschnitt kann zudem endseitig eine Verformungskontur mit elliptischem Außenumfang aufweisen, welche zumindest mittelbar mit einem Innenumfang der Stirnradeinrichtung in Wirkverbindung steht. Optional weist der Wellgenerator ein auf dem Außenumfang der Verformungskontur angebrachtes elliptisch verformtes Wälzlager auf. Bevorzugt ist der Hohlwellenabschnitt einstückig, beispielsweise aus einem Guss, gefertigt. Es wird somit ein Wellgetriebe vorgeschlagen, welches sich durch eine einfache Montage und eine geringe Anzahl an Getriebekomponenten auszeichnet.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Stirnradeinrichtung zumindest mittelbar drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Dabei ist „zumindest mittelbar“ dahingehend zu verstehen, dass die Stirnradeinrichtung und die Tretkurbelwelle entweder mittelbar über ein oder mehrere weitere Elemente miteinander verbunden sind oder aber direkt, also unmittelbar miteinander verbunden sind. Insbesondere weist das Generatormodul eine Befestigungseinrichtung, welche drehfest mit der Tretkurbelwelle verbunden ist und zur drehfesten Montage der Stirnradeinrichtung dient. Bevorzugt ist die Stirnradeinrichtung über die Befestigungseinrichtung form- und/oder kraftschlüssig an der Tretkurbelwelle montiert. Es wird somit ein Generatormodul vorgeschlagen, welches sich durch eine besonders kompakte Bauform und durch eine einfache Montage auszeichnet.
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In einer weiteren konkreten Umsetzung ist vorgesehen, dass das Generatormodul ein Gehäuse aufweist, welches zur Aufnahme des Generators und des Wellgetriebes ausgebildet und/oder geeignet ist. Insbesondere sind der Generator und das Wellgetriebe vollständig in dem Gehäuse aufgenommen. Bevorzugt ist die Tretkurbelwelle abschnittsweise durch das Gehäuse geführt, wobei die Tretkurbelwelle über mindestens eine weitere Lagereinrichtung, vorzugsweise ein Wälzlager, radial an dem Gehäuse abgestützt ist. Das Gehäuse kann mehrteilig, vorzugsweise zweiteilig ausgebildet sein. Insbesondere weist das Gehäuse einen Aufnahmeraum zur Aufnahme des Wellgetriebes und des Generators auf, wobei das Wellgetriebe und der Generator in axialer und/oder radialer Richtung in Bezug auf die Hauptdrehachse formschlüssig in dem Gehäuse aufgenommen sind. Bevorzugt ist der Stator fest mit dem Gehäuse verbunden. Das Hohlrad des Wellgenerators ist drehfest an dem Gehäuse abgestützt. Insbesondere sind das Hohlrad und der Stator in dem Aufnahmeraum benachbart angeordnet und/oder in axialer Richtung formschlüssig aneinander abgestützt. Vorzugsweise ist das Hohlrad formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse verbunden. Alternativ kann das Hohlrad jedoch einen integralen Bestandteil des Gehäuses bilden. Im Speziellen ist das Hohlrad über mindesten ein Fixierungsmittel, insbesondere ein Spann- oder Schraubmittel, drehfest an dem Gehäuse fixiert. Es wird somit ein Wellgenerator vorgeschlagen, welcher in einfacher Weise in dem Gehäuse montiert werden kann und zugleich besonders bauraumsparend in das Gehäuse integriert ist.
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In einer bevorzugten Realisierung ist vorgesehen, dass das Wellgetriebe ein Übersetzungsverhältnis zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang von mindestens 1:30 aufweist. Vorzugsweise weist das Wellgetriebe ein Übersetzungsverhältnis zwischen 1:30 und 1:100 auf. Vorzugsweise weist das Wellgetriebe ein Übersetzungsverhältnis von 1:50 auf. Auf diese Weise wird das durch den Fahrer erzeugte hohe Tretmoment (im Bereich bis ca. 150Nm) am Getriebeeingang mit geringen Drehzahlen (im Bereich 30 bis 120 1/min) in ein geringeres Drehmoment mit hohen Drehzahlen am Getriebeausgang gewandelt.
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In einer weiteren Konkretisierung ist vorgesehen, dass das Wellgetriebe, die Tretkurbelwelle und der Generator koaxial und/oder konzentrisch in Bezug auf die Hauptdrehachs angeordnet sind. Es wird somit ein Wellgenerator vorgeschlagen, welcher sich durch eine geringe axiale Baubreite und zugleich einen rotationsymmetrischen Aufbau auszeichnet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Generatormodul zur Bereitstellung der elektrischen Energie über eine elektrische Leitung unmittelbar mit dem Antriebsmodul verbunden ist. Insbesondere kann der Elektromotor somit direkt durch den vom Generator erzeugten Strom gespeist werden. Alternativ oder optional ergänzend ist das Generatormodul zur Bereitstellung der elektrischen Energie mittelbar über ein Energiespeichermodul mit dem Antriebsmodul verbunden. Insbesondere ist das Energiespeichermodul als ein Akkumulator ausgebildet, welcher während der Fahrt vom Generator gespeist wird und zudem von einer externen Stromquelle geladen werden kann. Insbesondere kann der Elektromotor somit durch den in dem Energiespeichermodul gespeicherten Strom gespeist werden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit der Antriebsanordnung wie diese bereits zuvor beschrieben wurde. Insbesondere ist das Fahrzeug ein muskelbetriebenes Fahrzeug, insbesondere Fahrrad, ausgebildet, welches durch einen Elektromotor angetrieben wird. Insbesondere zeichnet sich das Fahrzeug dadurch aus, dass die für den Elektromotor benötigte elektrische Energie zumindest teilweise mittels des Generatormoduls durch den Fahrer erzeugt wird.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Antriebsanordnung als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine Schnittdarstellung eines Generatormoduls der Antriebsanordnung.
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Einander entsprechende oder gleiche Teile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug 1. Das Fahrzeug 1 ist als ein Fahrrad ausgebildet, welches im Wesentlichen aus einem Rahmen 2 sowie einem Vorderrad 3 und einem Hinterrad 4 gebildet ist.
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Das Fahrzeug 1 weist eine Antriebsanordnung 5 auf, welche zum Antriebs des Hinterrads 4 dient. Das Hinterrad 4 bildet somit ein Antriebsrad des Fahrzeugs 1, wobei das Vorderrad 3 antriebslos bleibt. Optional kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Vorderrad 3 angetrieben wird.
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Die Antriebsanordnung 5 umfasst ein Generatormodul 6, ein Antriebsmodul 7 und ein Energiespeichermodul 8. Das Generatormodul 6 ist im Bereich des Tretlagers angeordnet und kann durch einen Fahrzeugbenutzer per Tretkraft angetrieben werden, um elektrische Energie für das Antriebsmodul 7 zu erzeugen. Das Generatormodul 6 weist hierzu zwei diametral zueinander angeordnete Tretkurbeln 9 auf, welche per Tretkraft in Rotation versetzt werden, um elektrische Leistung in dem Generatormodul 6 zu erzeugen.
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Das Fahrrad weist keine physikalische Verbindung zwischen Tretkurbeln 9 und dem Antriebsrad 4 auf. Das Generatormodul 6 ist lediglich über eine elektrische Leitung 10 mit dem Antriebsmodul 6 und/oder dem Energiespeichermodul 8 elektrisch verbunden, um die für das Antriebsmodul 7 nötige elektrische Energie bereitzustellen. Das Antriebsmodul 7 kann beispielsweise als ein in das Hinterrad 4 integrierter Radnabenmotor ausgebildet sein, welcher ein elektrisches Antriebsmoment auf das Hinterrad 4 überträgt. Das Antriebsmodul 7 kann dabei direkt durch die von dem Generatormodul 6 erzeugte elektrische Energie oder mittelbar durch die in dem Energiespeichermodul 8 gespeicherte elektrische Energie versorgt werden. Das Energiespeichermodul 8 kann während der Fahrt von Generatormodul 6 gespeist werden und darüber hinaus von einer externen Stromquelle geladen werden. Optional kann die vom Generatormodul 6 bereitgestellte elektrische Energie einem Verbraucher 11, z. B. Licht, zur Verfügung gestellt werden.
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Die 2 zeigt das Generatormodul 6 in einem Längsschnitt entlang einer Hauptdrehachse H. Das Generatormodul 6 weist eine Tretkurbelwelle 14 auf, welche mit ihrer Rotationsachse die Hauptdrehachse H definiert. In einer Einbausituation sind an der Tretkurbelwelle 14 endseitig die Tretkurbeln 9 montiert.
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Das Generatormodul 6 weist einen Generator 15 sowie eine Getriebeeinrichtung 16, welche gemeinsam in einem Gehäuse 17 aufgenommen sind. Der Generator 15 weist einen Stator 18 und einen Rotor 19 auf, wobei die Tretkurbelwelle 14 mit einem Getriebeeingang und der Rotor 19 mit einem Getriebeausgang der Getriebeeinrichtung 16 verbunden sind. Der Stator 18 hingegen ist gehäusefest mit dem Gehäuse 17 verbunden und verbleibt somit stationär. Die Getriebeeinrichtung 16 dient dazu, ein in die Tretkurbelwelle 14 eingeleitetes Tretmoment über die Getriebeeinrichtung 16 auf den Generator 18 zu übersetzen.
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Um die Drehzahl am Rotor 19 zu erhöhen und das Drehmoment entsprechend zu reduzieren, werden im Stand der Technik konventionelle Getriebetypen eingesetzt, welche meist mehrere Zahneingriffe aufweisen, wodurch sich der Übertragungswirkungsgrad verschlechtert. Daher wird versucht das Übersetzungsverhältnis so klein wie möglich zu halten, z.B. 1:20, was entweder das darstellbare maximale Gegenmoment an den Tretkurbeln 9 klein ausfallen lässt oder ein sehr hohes maximales Drehmoment des dahinter geschalteten Generators 15 erfordert. Dies wiederum ist mit hohen Kosten bzw. großen Bauraumbedarf verbunden. Signifikant höhere Übersetzungen wiederum überschreiten meist die Grenze zur Selbsthemmung, was deren Einsatz unmöglich macht. Weiterhin können störende Zahneingriffsgeräusche entstehen, welche z.B. durch eine Schrägverzahnung reduziert werden kann, wobei jedoch die dadurch erzeugten Querkräfte zusätzlich den Wirkungsgrad verschlechtern. Zudem wird zusätzlicher Bauraum aufgrund der notwendigen Axiallager benötigt, was entsprechend höhere Kosten verursacht. Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung eine Getriebeeinrichtung 16 zu finden, welche ein hohes Übersetzungsverhältnis „ins Schnelle“ bei gutem Wirkungsgrad und geringem Geräuschniveau ermöglicht.
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Es wird daher eine Getriebeeinrichtung 16 vorgeschlagen, welche als ein Wellgetriebe 20 ausgebildet ist. Das Wellgetriebe 20 ist in Bezug auf die Hauptdrehachse H koaxial zu dem Generator 15 und der Tretkurbelwelle 14 und in axialer Richtung formschlüssig zwischen dem Generator 15 und dem Gehäuse 17 angeordnet. Das Gehäuse 17 ist zweiteilig ausgebildet, wobei das Gehäuse 17 einen Gehäusegrundkörper 21 aufweist, welcher in axialer Richtung durch einen Gehäusedeckel 22 abgeschlossen ist. Dabei weisen der Gehäusegrundkörper 21 und der Gehäusedeckel 22 jeweils eine zentrale Durchgangsöffnung 23a, b auf, welche zur Durchführung der Tretkurbelwelle 14 durch das Gehäuse 17 dienen.
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Das Wellgetriebe 20 weist einen Wellgenerator 24, eine flexible Stirnradeinrichtung 25 und ein Hohlrad 26 auf. Die Stirnradeinrichtung 25 weist einen Außenverzahnungsabschnitt 27 und das Hohlrad 26 einen Innenverzahnungsabschnitt 28 auf, wobei der Außenverzahnungsabschnitt 27 und der Innenverzahnungsabschnitt 28 bereichsweise miteinander in Eingriff stehen. Dabei ist das Hohlrad 26 drehfest mit dem Gehäusegrundkörper 17 über mehrere Fixierungsmittel 29, z.B. Spannstifte, verbunden, sodass das Hohlrad 26 stationär an dem Gehäuse 17 verbleibt. Die Stirnradeinrichtung 25 ist über eine Befestigungseinrichtung 30 drehfest mit der Tretkurbelwelle 14 verbunden. Insbesondere ist die Stirnradeinrichtung 25 durch die Befestigungseinrichtung 30 in Umlaufrichtung um die Hauptdrehachse H kraftschlüssig gehalten.
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Der Wellgenerator 28 weist einen Hohlwellenabschnitt 31 auf, welcher einerseits an seinem Außenumfang den Rotor 19 trägt und andererseits an seinem Innenumfang einen Lagersitz für eine erste und eine zweite Lagereinrichtung 32a, b zur Lagerung der Tretkurbelwelle 14 bildet. Die Tretkurbelwelle 14 ist koaxial durch den Hohlwellenabschnitt 31 geführt und in radialer Richtung über die Lagereinrichtungen 32a, b an dem Hohlwellenabschnitt 31 abgestützt. Die Tretkurbelwelle 15 ist zudem über zwei weitere Lagereinrichtungen 33a, b an dem Gehäuse 17 drehbar abgestützt. Dabei ist die eine weitere Lagereinrichtung 33a in der Durchgangsöffnung 23a des Gehäusegrundkörpers 21 und die andere weitere Lagereinrichtung 33b in der Durchgangsöffnung 23b des Gehäusedeckels 22 angeordnet. Die Tretkurbelwelle 15 ist dabei mittelbar über die Befestigungseinrichtung 30 an der einen weiteren Lagereinrichtung 33a abgestützt, wodurch axialer Bauraum eingespart werden kann.
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Die Stirnradeinrichtung 25 ist als eine flexible Zylinderbuchse ausgebildet, welche im regulären Betrieb des Wellgetriebes 20 durch den Wellgenerator 24 elastisch verformt wird. Der Hohlradabschnitt 31 weist hierzu endseitig eine Verformungskontur 34 mit einem elliptischen Außenumfang sowie ein elliptisch verformtes Wälzlager 35 mit einem Außenring, einem Innenring und zwischen Außenring und Innenring angeordneten Wälzkörpern auf. Über die Verformungskontur 34 und das Wälzlager 35 wird die Stirnradeinrichtung 25 mit ihrem Außenverzahnungsabschnitt 27 an zwei Zahn-Eingriffsstellen mit dem Innenverzahnungsabschnitt 28 in Eingriff gedrückt.
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Der Außenverzahnungsabschnitts 27 und der Innenverzahnungsabschnitts 28 weisen eine unterschiedliche Zähnezahl auf und können beispielsweise um einen Zahn voneinander abweichen. Bei einer vollständigen Umdrehung des Wellengenerators 24 4 bewegt sich die Stirnradeinrichtung 25 um eine Zahnteilung relativ zu dem Hohlrad 26. Auf diese Weise kann eine sehr hohe Übersetzung zwischen einer Eingangsdrehzahl und einer Ausgangsdrehzahl bereitgestellt werden. Die Stirnradeinrichtung 25 bildet dabei den Getriebeeingang und der Hohlwellenabschnitt 31 den Getriebeausgang. Dabei ist die Zähnezahl des Außenverzahnungsabschnitts 27 und des Innenverzahnungsabschnitts 28 derart gewählt, dass zwischen Getriebeeingang und Getriebeausgang ein Übersetzungsverhältnis von 1:50 vorliegt. Wird beispielsweise die Tretkurbelwelle 14 mit einer Drehzahl von 100 U/min beaufschlagt, dreht sich der Wellgenerator 24 und damit der Rotor 18 mit einer Drehzahl von 5000 U/min.
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Der Vorteil des Wellgetriebes 20 gegenüber herkömmlichen Getriebekonzepten besteht insbesondere darin, dass das Wellgetriebe 20 aufgrund der zwei Zahn-Eingriffsstellen einen sehr hohen Wirkungsgrad verfügt. Zudem weist das Wellgetriebe 20 eine geräuscharme, spielfreie und kompakte Bauweise auf. Aufgrund des hohen Übersetzungsverhältnisses kann ein kleinerer, schwächerer, einfacherer und somit günstigerer Generator 15 eingesetzt werden, so dass hier z.B. Gewicht und/oder Kosten gespart werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Rahmen
- 3
- Vorderrad
- 4
- Hinterrad
- 5
- Antriebsanordnung
- 6
- Generatormodul
- 7
- Antriebsmodul
- 8
- Energiespeichermodul
- 9
- Tretkurbel
- 10
- Leitung
- 11
- Verbraucher
- 12
- leer
- 13
- leer
- 14
- Tretkurbelwelle
- 15
- Generator
- 16
- Getriebeeinrichtung
- 17
- Gehäuse
- 18
- Stator
- 19
- Rotor
- 20
- Wellgetriebe
- 21
- Gehäusegrundkörper
- 22
- Gehäusedeckel
- 23a, b
- Durchgangsöffnungen
- 24
- Wellgenerator
- 25
- Stirnradeinrichtung
- 26
- Hohlrad
- 27
- Außenverzahnungsabschnitt
- 28
- Innenverzahnungsabschnitt
- 29
- Fixierungsmittel
- 30
- Befestigungseinrichtung
- 31
- Hohlewellenabschnitt
- 32
- Lagereinrichtungen
- 33
- weitere Lagereinrichtungen
- 34
- Verformungskontur
- 35
- Wälzlager
- H
- Hauptdrehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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