DE102021202574A1

DE102021202574A1 - Antriebseinheit für ein Elektrofahrrad mit Getriebeträger für die Lagerung von Zahnrädern zweier Getriebestufen

Info

Publication number: DE102021202574A1
Application number: DE102021202574.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Brüggemann; Mick Jordan; Peter Tenberge; Richard Frizler; Kevin Zyska
Original assignee: Brose Antriebstechnik GmbH and Co KG Berlin
Current assignee: Brose Antriebstechnik GmbH and Co KG Berlin
Priority date: 2021-03-16
Filing date: 2021-03-16
Publication date: 2022-09-22
Also published as: US20240158047A1; EP4308444A1; CN117043050A; WO2022194684A1

Abstract

Die vorgeschlagene Lösung betrifft eine Antriebseinheit (A) für ein Elektrofahrrad, umfassend- einen Elektromotor (E) mit einer Motorwelle (MW) zur fremdkraftbetätigten Erzeugung eines zusätzlichen Antriebsdrehmoments,- eine Getriebeeinrichtung (1, 2) zum Koppeln einer Motorwelle (MW) des Elektromotors (E) mit eine Abtriebswelle (AT), wobei die Getriebeeinrichtung (1, 2) wenigstens zwei Getriebestufen umfasst, und- ein den Elektromotor (E) und die Getriebeeinrichtung (1, 2) aufnehmendes Gehäuse (G). Die Antriebseinheit (A) umfasst einen in dem Gehäuse (G) fixierten Getriebeträger (3), an dem wenigstens ein Zahnrad (21) einer ersten Getriebestufe und wenigstens ein Zahnrad (22) einer zweiten Getriebestufe drehbar gelagert sind.

Description

Die vorgeschlagene Lösung betrifft eine Antriebseinheit für ein Elektrofahrrad.
Es ist bekannt, an einem Elektrofahrrad, mithin an einem sogenannten E-Bike oder Pedelec, wenigstens einen Elektromotor in Kombination mit einer eine Planetenradstufe aufweisenden Getriebeeinrichtung einzusetzen, um ein eine motorische Unterstützung beim Fahren des Elektrofahrrads bereitzustellen. Eine entsprechende Antriebseinheit weist hierbei zum einen eine Antriebswelle (typischerweise auch als Tretlagerwelle bezeichnet) auf, über die ein von einem Fahrer des Elektrofahrrads erzeugtes Antriebsdrehmoment eingeleitet werden kann und an der hierfür Pedale vorgesehen sind. Über eine mit einem Rad des Elektrofahrrads zu koppelnde Abtriebswelle der Antriebseinheit kann zusätzlich zu einem an der Antriebswelle muskelkraftbetätigt eingeleiteten Antriebsdrehmoment ein elektromotorisch und damit fremdkraftbetätigt erzeugtes Drehmoment an ein Rad, üblicherweise ein Hinterrad des Elektrofahrrads, übertragen werden. Über die Getriebeeinrichtung der Antriebseinheit sind der mindestens eine Elektromotor und die Abtriebswelle miteinander gekoppelt.
Bei Antriebseinheiten für Elektrofahrräder, insbesondere Antriebseinheiten für sogenannte Mittelmotoren, besteht weiterhin Bedarf für eine Bauraum optimierte Unterbringung der Komponenten der Antriebseinheit und für ein reduziertes Gewicht der Antriebseinheit.
Vor diesem Hintergrund ist die Antriebseinheit des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
Eine vorgeschlagene Antriebseinheit für ein Elektrofahrrad umfasst dabei wenigstens

- eine Antriebswelle für die muskelkraftbetätigte Erzeugung eines Antriebsdrehmoments,
- eine Abtriebswelle zum Antreiben eines Rades des Elektrofahrrads, die koaxial zu der Antriebswelle angeordnet ist,
- einen Elektromotor mit einer Motorwelle zur fremdkraftbetätigten Erzeugung eines zusätzlichen Antriebsdrehmoments,
- eine Getriebeeinrichtung zum Koppeln einer Motorwelle des Elektromotors mit der Abtriebswelle, wobei die Getriebeeinrichtung wenigstens zwei Getriebestufen umfasst, und
- ein den Elektromotor und die Getriebeeinrichtung aufnehmendes Gehäuse.

Ferner ist vorgesehen, dass die Antriebseinheit einen in dem Gehäuse fixierten Getriebeträger umfasst, an dem wenigstens ein Zahnrad einer ersten Getriebestufe und wenigstens ein Zahnrad einer zweiten Getriebestufe drehbar gelagert sind.
Bei der vorgeschlagenen Antriebseinheit ist somit in einem Gehäuse der Antriebseinheit ein Getriebeträger fixiert, an dem Zahnräder unterschiedlicher Getriebestufen drehbar gelagert sind. Der Getriebeträger übernimmt somit mehrere Funktionen, wodurch Bauraum, Gewicht und Kosten reduziert werden können.
Für die drehbare Lagerung des ersten Zahnrades ist beispielsweise in der Lageröffnung des Getriebeträgers ein Wälz- oder Gleitlager gehalten. Bei der Montage der Antriebseinheit kann folglich ein entsprechendes Wälzlager oder Gleitlager an den Getriebeträger montiert werden.
In einer Ausführungsvariante weist das erste Zahnrad einen sich, bezogen auf eine Drehachse des ersten Zahnrades, axial erstreckenden ersten Lagerabschnitt auf, der in die Lageröffnung des Getriebeträgers ragt und an dem ein in der Lageröffnung gehaltenes Wälz- oder Gleitlager vorgesehen ist. Der sich axial erstreckende erste Lagerabschnitt kann beispielsweise durch einen hülsenförmigen axialen Fortsatz an dem ersten Zahnrad gebildet sein.
Alternativ oder ergänzend kann das erste Zahnrad einen sich, bezogen auf eine Drehachse des ersten Zahnrades, axial erstreckenden zweiten Lagerabschnitt aufweisen, der zusätzlich an einem Abschnitt eines Gehäuses der Antriebseinheit drehbar gelagert ist. An dem Gehäuse kann folglich ein Lagersitz für ein zusätzliches Wälz- oder Gleitlager zur drehbaren Lagerung des ersten Zahnrades über den zweiten Lagerabschnitt vorgesehen sein.
Für die Lagerung des zweiten Zahnrades weist der Getriebeträger beispielsweise einen Lagerzapfen auf. An diesem Lagerzapfen kann für die drehbare Lagerung des zweiten Zahnrades ein Wälz- oder Gleitlager vorgesehen sein. In einer Ausführungsvariante ist beispielsweise ein Innenring eines an dem Lagerzapfen vorgesehenen Wälzlagers drehfest an dem Lagerzapfen fixiert. In einer hierauf basierenden Weiterbildung ragt ein solcher Innenring bis in einen innenraumseitig ausgebildeten (zweiten) Lagersitz einer Gehäuseaußenwand eines Gehäuses der Antriebseinheit. Ein entsprechender Eingriff des Innenrings des Wälzlagers kann hierbei der zusätzlichen Stabilisierung des Getriebeträgers im Betrieb der Antriebseinheit sowie einer Erleichterung der bestimmungsgemäßen (Vor-) Positionierung des Lagerzapfens innerhalb eines Innenraums des Gehäuses bei der Montage dienen.
Alternativ oder ergänzend kann der Getriebeträger plattenförmig ausgebildet sein. Der Getriebeträger ist folglich ein separates, plattenförmiges Bauteil, das bei der Montage der Antriebseinheit an einem Gehäuseteil des Gehäuses fixiert wird, beispielsweise über mehrere (mindestens zwei) Befestigungselemente, wie zum Beispiel Schrauben oder Bolzen. In einer Ausführungsvariante kann ein Lagerzapfen für das zweite Zahnrad an einem solchen plattenförmigen Getriebeträger in Richtung einer Gehäuseaußenwand des Gehäuses vorstehend ausgebildet sein.
Ein derartiger in Richtung einer Gehäuseaußenwand vorstehender Lagerzapfen ermöglicht beispielsweise eine gesonderte Fixierung des Lagerzapfens an der Gehäuseaußenwand zur zusätzlichen Abstützung über das zweite Zahnrad im Betrieb der Antriebseinheit auf den Lagerzapfen wirkender Kräfte. In diesem Zusammenhang sieht eine Ausführungsvariante vor, dass der in Richtung der Gehäuseaußenwand vorstehende Lagerzapfen über ein von außerhalb des Gehäuses zugängliches Arretierelement an der Gehäuseaußenwand fixiert ist. Ein solches Arretierelement kann somit bei der Montage der Antriebseinheit von außen an die Gehäuseaußenwand angesetzt werden, um den Lagerzapfen des innerhalb des Gehäuses vorliegenden Getriebeträgers an der Gehäuseaußenwand zu fixieren und damit zusätzlich an der Gehäuseaußenwand abzustützen. Ein Arretierelement kann beispielsweise lösbar sein. Beispielsweise wird ein Arretierelement durch eine (Lager-) Schraube gebildet. Eine entsprechende Lagerschraube ist dann beispielsweise von außerhalb des Gehäuses durch eine an der Gehäuseaußenwand vorgesehene Durchgangsöffnung in eine Bohrung des Lagerzapfens eingedreht.
In einer Ausführungsvariante weist der Getriebeträger eine Lageröffnung für die drehbare Lagerung einer mit dem ersten Zahnrad verbundenen Getriebewelle auf. Diese beispielsweise koaxial zu der Motorwelle angeordnete Getriebewelle ist Teil einer ersten Getriebestufe, die mit der Motorwelle des Elektromotors zusammenwirkt und von der ein Drehmoment in Richtung der Abtriebswelle an die zweite Getriebestufe zu übertragen ist. An der Getriebewelle kann folglich das erste Zahnrad drehfest festgelegt sein.
In einer Ausführungsvariante ist die Getriebewelle zusätzlich an einem Abschnitt eines Gehäuses der Antriebseinheit drehbar gelagert. Die Getriebewelle ist hier dann folglich über zwei Lager drehbar gehalten und abgestützt, einerseits über ein Lager an dem Getriebeträger und andererseits über ein Lager an dem Gehäuse. Beispielsweise ist an dem Gehäuse innenraumseitig (also innerhalb eines Innenraums des Gehäuses) ein Lagersitz für ein zusätzliches Wälz- oder Gleitlager zur drehbaren Lagerung der Getriebewelle vorgesehen. Über ein solches zusätzliches Wälzlager oder Gleitlager an dem gehäuseseitigen Lagersitz wird dann beispielsweise Wellenende der Getriebewelle drehbar gelagert. Eine derartige Konfiguration kann die Montage der Antriebseinheit und insbesondere die Anordnung der Getriebeeinrichtung innerhalb des Gehäuses der Antriebseinheit erleichtern.
In einer Ausführungsvariante weist die Getriebeeinrichtung ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad, einem Hohlrad und mehreren an einem Planetenträger des Planetengetriebes drehbar gelagerten Planetenrädern auf. Hierbei ist beispielsweise vorgesehen, dass die Motorwelle des Elektromotors mit dem Sonnenrad des Planetengetriebes verbunden ist und über das feststehende Hohlrad ein Drehmoment von der Motorwelle an den Planetenträger übertragbar ist. Eine vorstehend angesprochene Getriebewelle, die mit dem ersten Zahnrad drehfest verbunden ist, ist dann beispielsweise Teil des drehbaren Planetenträgers
Zusätzlich kann die Getriebeeinrichtung ein Stirnradgetriebe mit ersten, zweiten und dritten Stirnrädern für die Übertragung eines (auf das mit dem Elektromotor an der Motorwelle erzeugte Drehmoment zurückgehenden) Drehmoments von dem Planetengetriebe an die Abtriebswelle umfassen. Ein erstes Stirnrad bildet hierbei das erste Zahnrad und ist von dem Planetenträger antreibbar. Ein zweites Stirnrad des Stirnradgetriebes bildet das zweite Zahnrad und kämmt mit dem ersten Stirnrad und dem dritten Stirnrad. Das dritte Stirnrad ist wiederum, zur Bereitstellung des zusätzlichen Antriebsdrehmoments, mit der Abtriebswelle verbunden.
Bei einer solchen Antriebseinheit treibt somit die Motorwelle des Elektromotors das Sonnenrad des Planetengetriebes an und ein Drehmoment wird mithilfe eines feststehenden Hohlrades des Planetengetriebes an den Planetenträger und von diesem an das erste Zahnrad in Form des erstes Stirnrads des zusätzlich vorgesehenen Stirnradgetriebes übertragen. Über das von dem Planetenträger antreibbare erste Stirnrad und das mit dem ersten Stirnrad und dem dritten Stirnrad kämmende zweite Zahnrad in Form des zweiten Stirnrads wird das zusätzliche Antriebsdrehmoment an dem dritten, mit der Abtriebswelle verbundenen Stirnrad bereitgestellt. Eine solche Antriebseinheit umfasst somit ein dreistufiges Getriebe mit vergleichsweise wenigen Getriebebauteilen, wodurch eine kompakte und hinsichtlich des Gewichts vergleichsweise leichte Antriebseinheit für ein Elektrofahrrad bereitgestellt werden kann. Eine Drehachse der Motorwelle, eine Drehachse des Sonnenrades, eine Drehachse des Planetenträgers und eine Drehachse des ersten Stirnrades sind hierbei koaxial angeordnet und definieren einen ersten Wellenstrang mit einer hierzu gehörige ersten Getriebestufendrehachse. Parallel hierzu verläuft eine zweite Getriebestufendrehachse eines zweiten Wellenstrangs der Getriebeeinrichtung, die durch eine Drehachse des zweiten Stirnrades definiert ist. Eine Drehachse des dritten Stirnrades und die koaxial hierzu verlaufenden Drehachsen der Antriebswelle und der Abtriebswelle definieren eine dritte Getriebestufendrehachse eines dritten Wellenstrangs, die parallel zu den ersten und zweiten Getriebestufendrehachsen verläuft.
Bei einem dreistufigen Aufbau der Getriebeeinrichtung der Antriebseinheit lässt sich eine gegenüber bisher bekannten Lösungen höhere Gesamtsteifigkeit der Antriebseinheit erzielen. Gleichzeitig sind eine einfache Montage bei geringen Montagekräften und eine verbesserte Einstellbarkeit von toleranzbedingten Kontrollmaßen realisierbar. Die vorgeschlagene Lösung ist jedoch nicht auf eine Antriebseinheit mit einer dreistufigen Getriebeeinrichtung beschränkt, insbesondere nicht auf eine Getriebeeinrichtung mit Planetengetriebe und Stirnradgetriebe.
In einer Ausführungsvariante mit Getriebeeinrichtung mit Planetengetriebe und Stirnradgetriebe ist der Getriebeträger für die drehbare Lagerung des Planetenträgers und des zweiten Stirnrades vorgesehen. An dem Getriebeträger sind dann also der Planetenträger und das zweite Stirnrad drehbar gelagert. Der Getriebeträger übernimmt somit hierbei sowohl die Lagerung des Planetenträgers des Planetengetriebes als auch die Lagerung des zweiten Stirnrades des Stirnradgetriebes. Beispielsweise ist eine Lageröffnung des Getriebeträgers hier für die drehbare Lagerung einer mit dem ersten Stirnrad verbundenen Getriebewelle des Planetenträgers vorgesehen. Diese dann koaxial zu der Motorwelle angeordnete Getriebewelle ist beispielsweise an dem Planetenträger ausgeformt. An der Getriebewelle ist das erste Stirnrad drehfest festgelegt, um von dem Planetengetriebe ein Drehmoment an das Stirnradgetriebe zu übertragen.
Über ein an einem ersten Lagerabschnitt des ersten Stirnrades gehaltenes Wälz- oder Gleitlager kann dann sowohl die Getriebewelle als auch das erste Zahnrad an dem Getriebeträger drehbar gelagert und abgestützt sein. Der sich axial erstreckende erste Lagerabschnitt kann somit beispielsweise durch einen hülsenförmigen axialen Fortsatz an dem Stirnrad gebildet sein, durch den sich die Getriebewelle des Planetenträgers erstreckt.
Beispielsweise ist an dem Gehäuse ein Lagersitz für die drehbare Lagerung der Getriebewelle des Planetenträgers vorgesehen. Hierfür kann die Getriebewelle zum Beispiel auch in einem zweiten Lagerabschnitt des ersten Zahnrades, der durch einen hülsenförmigen axialen Fortsatz an dem ersten Zahnrad gebildet ist, drehfest aufgenommen sein. Derart kann an dem zweiten Lagerabschnitt ein in dem Lagersitz des Gehäuses gehaltenes Wälzlager oder Gleitlager vorgesehen werden, um sowohl das zweite Zahnrad als auch die Getriebewelle an dem gehäuseseitigen Lagersitz drehbar zu lagern.
Grundsätzlich können die Abtriebswelle und die Antriebswelle über einen Freilauf miteinander gekoppelt sein. Hierdurch ist dann beispielsweise ein freies Pedalieren durch einen Nutzer des Elektrofahrrads ab einer vorgegebenen Höchstgeschwindigkeit für das Elektrofahrrad (von zum Beispiel 25 km je Stunde) möglich. Die Abtriebswelle kann im Übrigen sowohl mit einem Kettenblatt als auch mit einem Riemenrad zum Antreiben des Rades des Elektrofahrrades verbunden sein.
In einer Ausführungsvariante ist über die Getriebeeinrichtung eine Gesamtübersetzung im Bereich von 22 bis 27 bereitgestellt. Beispielsweise liegt eine Gesamtübersetzung zwischen dem Elektromotor und der Abtriebswelle bei ca. 25.
Zur Reduzierung von Betriebsgeräuschen im Betrieb der Antriebseinheit können miteinander kämmende Zahnräder der Getriebeeinrichtung schrägverzahnt sein.
In einer Ausführungsvariante mit einer ein Planetengetriebe umfassenden Getriebeeinrichtung kann in dem Gehäuse der Antriebseinheit insbesondere das Planetengetriebe aufgenommen sein und das feststehende Hohlrad gelagert sein. Um hierbei den für die Getriebeeinrichtung benötigten Bauraum weiter zu verringern und auch einen Abstand der Drehachse einer ersten Getriebestufe mit dem sich drehenden Planetenträger und dem ersten Zahnrad zu der Drehachse der zweiten Getriebestufe mit dem zweiten Zahnrad zu reduzieren, ist in einer Ausführungsvariante das feststehende Hohlrad des Planetengetriebes, bezogen auf eine Drehachse des Sonnenrades, lediglich teilweise umfangsseitig durch das Gehäuse radial abgestützt. Es ist in einer solchen Ausführungsvariante mithin keine umfangsseitig vollständig umlaufende, radiale Abstützung des feststehenden Hohlrades an Abschnitten des Gehäuses vorgesehen. Vielmehr wird bewusst an wenigstens einem Abschnitt des Hohlrades, der radial in Richtung der zweiten Getriebestufe Drehachse angeordnet ist, keine gehäuseseitige Abstützung vorgesehen. Indem in diesem Bereich dementsprechend keine abstützender Gehäuseabschnitt vorgesehen werden muss, können die ersten und zweiten Getriebestufendrehachsen mit geringerem Abstand zueinander innerhalb des Gehäuses angeordnet werden. Ein somit freitragender Abschnitt des Hohlrades ohne radiale Abstützung durch das Gehäuse wird vorliegend auch als Stützabschnitt bezeichnet.
In einer Ausführungsvariante ist ein solcher radial nach außen (in Richtung der zweiten Getriebestufendrehachse) vorstehender und, bezogen auf eine Abstützung in radialer Richtung, freitragender Stützabschnitt des Hohlrades in einer Aussparung des Gehäuses aufgenommen. Diese Aussparung kann in einem umlaufenden Lagerrand eines Lagersitzes des Gehäuses vorgesehen sein, der für die formschlüssige Lagerung des feststehenden Hohlrad ausgebildet ist. Beispielsweise ist das Hohlrad über eine Presspassung in diesem Lagersitz festgelegt. In dem nicht vollständig umfangsseitig um das Hohlrad umlaufenden Lagerrand des Lagersitzes ist dann eine Aussparung ausgebildet, in die der Stützabschnitt des Hohlrades eingreift. Durch einen formschlüssigen Eingriff des Stützabschnitts in die Aussparung des Gehäuses kann eine zusätzliche Verdrehsicherung für das Hohlrad vorgesehen und das Hohlrad (bezüglich der Drehachse des Sonnenrades) an dem Gehäuse verdrehsicher gehalten sein.
Alternativ oder ergänzend kann an dem freitragenden Stützabschnitt des Hohlrades ein umfangseitig umlaufender Rand des Hohlrades lokal verdickt sein. Im Bereich des Stützabschnitts, an dem keine radiale Abstützung durch das Gehäuse vorgesehen ist, ist folglich in einer derartigen Ausführungsvariante ein Außendurchmesser des Hohlrades lokal vergrößert. Die lokale Verdickung an dem Stützabschnitt ist dann beispielsweise derart bemessen, dass auf dem gesamten Umfang des Hohlrades dieselbe Bauteilsteifigkeit erreicht wird.
Zur weiteren Reduzierung des Gesamtgewichts der Antriebseinheit kann das Hohlrad aus Aluminium bestehen. Alternativ kann auch eine Herstellung des Hohlrades mit einem Metallkern und einer Innenverzahnung aus einem Kunststoffmaterial vorgesehen sein. Hierbei weist das Hohlrad dann beispielsweise einen mit Kunststoffmaterial (teilweise oder vollständig) umspritzten Metallkern, beispielsweise einen Stahlkern, auf. Der Metallkern ist dann folglich in das die Innenverzahnung des Hohlrades ausbildende Kunststoffmaterial eingebettet.
In einer Ausführungsvariante weist das Gehäuse zwei entlang einer Trennebene miteinander verbundene Gehäuseteile auf. Das Gehäuse der Antriebseinheit kann hierbei auch genau zwei Gehäusehälften umfassen und mithin zweiteilig aufgebaut sein. Ein zweiteiliger Aufbau erleichtert die Montage und führt typischerweise zu einem geringeren Gewicht der Antriebseinheit als zum Beispiel bei einem Aufbau des Gehäuses aus wenigstens drei Gehäuseteilen.
In einer Ausführungsvariante ist an der Trennebene der zwei Gehäuseteile ein Lagerschild mit einer Lageröffnung für die drehbare Lagerung der Motorwelle des Elektromotors vorgesehen. Ein solches Lagerschild erstreckt sich dann beispielsweise als plattenförmiges Bauteil parallel zur der Trennebene und stellt damit einen Lagersitz für die drehbare Lagerung der Motorwelle des Elektromotors bereit.
In einer möglichen Weiterbildung weist das Lagerschild zusätzlich wenigstens einen Zentrierabschnitt für die Zentrierung der zwei Gehäuseteile des Gehäuses bezüglich der Motorwelle auf. Das Lagerschild übernimmt hierbei folglich auch die Funktion einer Ausrichtungshilfe für die korrekte Positionierung der beiden Gehäuseteile zueinander bei der Montage der Antriebseinheit. Damit ist in das Lagerschild eine zusätzliche Funktion integriert, die bei bisher aus der Praxis bekannten Antriebseinheiten typischerweise von separaten Zylinderstiften übernommen wird. Mithilfe des wenigstens einen lagerschildseitigen Zentrierabschnitts können somit bei der Montage der Antriebseinheit die Gehäuseteile zueinander zentriert werden. Mithilfe des wenigstens einen lagerschildseitigen Zentrierabschnitts werden die Gehäuseteile insbesondere beim Schließen des Gehäuses bestimmungsgemäß zueinander ausgerichtet, bevor eine abschließende Fixierung der beiden Gehäuseteile aneinander erfolgt, beispielsweise an vordefinierten Schraubpunkten des Gehäuses. Hiermit lässt sich auch die Parallelität und bestimmungsmäße Anordnung der Wellenstränge der Antriebseinheit gewährleisten.
Beispielsweise ist der lagerschildseitige Zentrierabschnitt sowohl an einem Zentrierungsabsatz eines ersten Gehäuseteils der zwei Gehäuseteile als auch einem Zentrierungsabsatz eines zweiten Gehäuseteils der zwei Gehäuseteile zumindest teilweise formschlüssig aufgenommen. Die Zentrierungsabsätze der zwei Gehäuseteile können jeweils einer einem Innenraum des Gehäuses zugewandten Innenfläche einer Gehäuseaußenwand ausgebildet sein. Der Zentrierabschnitt kann beispielsweise leidglich in einer Ausrichtung der zwei Gehäuseteile zueinander an den Zentrierungsabsätzen beider Gehäuseteile formschlüssig aufgenommen werden. Beispielsweise ist der Zentrierabschnitt hierfür, bezogen auf die Drehachse der Motorwelle, axial vorspringend ausgeführt und erstreckt sich entlang einer Kreisbahn (im montierten Zustand entlang einer Kreisbahn um die Drehachse der Motorwelle). Der Zentrierabschnitt kann somit beispielsweise als (beidseitig) axial vorspringender Kreisringabschnitt an dem Lagerschild ausgebildet sein.
Das Lagerschild kann über eine Übermaßpassung an den zwei Gehäuseteilen verpresst vorliegen, um damit eine sichere Arretierung des Lagerschildes an den Gehäuseteilen nach der Montage der Antriebseinheit sicherzustellen.
In einer Ausführungsvariante integriert das Lagerschild zusätzlich ein Kühlschild zum Abführen von Wärme aus dem Innenraum des Gehäuses an eine Gehäuseaußenwand. Das Lagerschild ist somit zusätzlich für eine Wärmeabfuhr von im Innenraum des Gehäuses entstehende Wärme nach außen vorgesehen.
Beispielsweise kann das Lagerschild an eine Platine (Leiterplatte) der Antriebseinheit angrenzend in einem Innenraum des Gehäuses angeordnet sein. Bezogen auf eine Drehachse der Motorwelle folgt dann beispielsweise in axialer Richtung das Lagerschild auf die Platine. Hierbei kann das Lagerschild auch zumindest abschnittsweise an der Platine anliegen. Eine entsprechende Anordnung der Platine zu dem Lagerschild kann dabei insbesondere von Vorteil sein, wenn das Lagerschild auch ein Kühlschild integriert. Derart kann über das Lagerschild Wärme von der Platine und hieran angeordneter elektronischer Komponenten, die zum Beispiel für die Steuerung des Elektromotors vorgesehen sind, nach außen abgeführt werden. Die Platine kann sich parallel zur Trennebene der zwei Gehäuseteile erstrecken. Auch hierüber kann die Montage der Antriebseinheit weiter vereinfacht werden, da die Platine derart bei der Montage an einer offenen Seite eines Gehäuseteils positioniert werden kann.
In einer Ausführungsvariante umfassen an der Platine angeordnete elektronische Komponenten für die Steuerung des Elektromotors wenigstens einen Sensor für die elektronische Bestimmung einer Position der Motorwelle bezüglich eines Stators des Elektromotors. Der wenigstens eine Sensor kann hierbei bezüglich der Drehachse der Motorwelle an der Platine radial beabstandet zu der Motorwelle angeordnet sein. Die entsprechende Ausführungsvariante sieht folglich einen seitlich angeordneten sogenannten Off-Axis-Sensor für die elektronische Bestimmung der Position der Motorwelle bezüglich des Stators des Elektromotors vor.
Um einen innerhalb des Gehäuses bereitgestellten Bauraum möglichst effizient zu nutzen, kann das Lagerschild, das zu der Platine angrenzend angeordnet ist, mehrere (mindestens zwei) Aussparungen, beispielsweise in Form von Durchgangsöffnungen, für an der Platine angeordnete elektronische Komponenten aufweisen. Derart können eventuell höher bauende elektronische Komponenten in Aussparungen des Lagerschildes ragen oder sich durch diese hindurch erstrecken.
Von der vorgeschlagenen Lösung ist im Übrigen auch ein Elektrofahrrad mit einer Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Antriebseinheit umfasst.
Die beigefügten Figuren veranschaulichen exemplarisch mögliche Ausführungsvarianten der vorgeschlagenen Lösung.
Hierbei zeigen:

1 ausschnittsweise und in geschnittener Ansicht eine Ausführungsvariante einer vorgeschlagenen Antriebseinheit für ein Elektrofahrrad mit Blick auf einen Elektromotor und ein Planetengetriebe sowie Teile einer Stirnradgetriebes der Antriebseinheit;
2 in perspektivischer Ansicht Einzelteile der Antriebseinheit ohne ein das sie aufnehmendes Gehäuse zur Veranschaulichung des Zusammenwirkens des Elektromotors über eine das Planetengetriebe und das Stirnradgetriebe umfassende Getriebeeinrichtung mit einer Abtriebswelle der Antriebseinheit;
3 eine weitere geschnittene Ansicht der Antriebseinheit unter Darstellung lediglich eines von zwei Gehäuseteilen des Gehäuses der Antriebseinheit;
4 das eine auch in der der 3 dargestellte Gehäuseteil mit hierin aufgenommenen Elementen des Planetengetriebes und des Stirnradgetriebes;
5 eine perspektivische Ansicht auf das andere, in den 3 und 4 nicht dargestellte Gehäuseteil mit Blick auf eine in dem Gehäuse aufgenommene Platine und ein in einer Trennebene zwischen den beiden Gehäuseteilen angeordnetes Lagerschild.

Die 1 bis 5 zeigen in Zusammenschau eine Ausführungsvariante einer Antriebseinheit A für ein Elektrofahrrad. Die Antriebseinheit A ist dabei beispielsweise als sogenannter Mittelmotor an einem Elektrofahrrad vorzusehen. Über die Antriebseinheit A wird ein zusätzliches Antriebsdrehmoment, das von einem Elektromotor E der Antriebseinheit A zur Verfügung gestellt wird, an eine Abtriebswelle AT bereitgestellt. Die Abtriebswelle AT ist dann beispielsweise mit einem Kettenrad oder Riemenrad verbunden, um ein Abtriebsdrehmoment an einem Rad eines Elektrofahrrads zur Verfügung zu stellen.
Wie beispielsweise aus der 2 ersichtlich ist, ist die Abtriebswelle AT dabei in an sich bekannter Weise koaxial zu einer Tretlagerwelle T angeordnet. An Wellenenden dieser Tretlagerwelle T, die sich durch ein Gehäuse G der Antriebseinheit A hindurch erstreckt, sind im bestimmungsgemäß an das Elektrofahrrad montierten Zustand Pedale vorgesehen. Hierüber kann ein Fahrer des Elektrofahrrads muskelkraftbetätigt ein Antriebsdrehmoment in die Tretlagerwelle T einleiten. Dieses muskelkraftbetätigt erzeugte Antriebsdrehmoment wird im Betrieb der Antriebseinheit A zusammen mit einem von dem Elektromotor E fremdkraftbetätigt erzeugten zusätzlichen Antriebsdrehmoment an der Abtriebswelle AT zur Verfügung gestellt. Die Abtriebswelle AT ist dabei mit der Tretlagerwelle T über einen Freilauf gekoppelt, die ein freies Pedalieren ab einer vorgegebenen Höchstgeschwindigkeit des Elektrofahrrades, von zum Beispiel 25 km je Stunde, ermöglicht.
Um das zusätzliche Antriebsdrehmoment von dem Elektromotor E an der Abtriebswelle AT der Antriebseinheit Art zur Verfügung zu stellen, weist die Antriebseinheit A eine dreistufige Getriebeeinrichtung mit einem Planetengetriebe 1 und einem Stirnradgetriebe 2 auf. Das Planetengetriebe 1 und das Stirnradgetriebes 2 sind dabei vollständig innerhalb des Gehäuses G untergebracht.
Das Planetengetriebe 1 weist ein Sonnenrad S, ein feststehendes und in dem Gehäuse G fixiertes Hohlrad 10 und mehrere an einem Planetenträger 11 des Planetengetriebes 1 drehbar gelagerte Planetenräder P1, P2 und P3 auf. Das Sonnenrad S und der Planetenträger 1 sind dabei um eine erste Getriebestufendrehachse L1 drehbar gelagert und damit Teil eines ersten Wellenstrangs der dreistufigen Getriebeeinrichtung 1, 2. Koaxial zu dem Sonnenrad S und einer Getriebewelle 110 des Planetenträgers 11 ist eine Motorwelle MW des Elektromotors E angeordnet. Die Motorwelle MW des Elektromotors E ist somit ebenfalls um die erste Getriebestufendrehachse L1 drehbar. Mit einem Ende dieser Motorwelle MW ist das Sonnenrad S drehfest verbunden, sodass die Motorwelle MW des Elektromotors E das Sonnenrad S antreibt und über das feststehende Hohlrad 10 ein Drehmoment an den Planetenträger 11 und dessen Getriebewelle 110 überträgt.
Mit der Getriebewelle 110 des Planetenträgers 11 ist ein erstes Stirnrad 21 des Stirnradgetriebes 2 drehfest verbunden. Dieses erste Stirnrad 21 kämmt mit einem zweiten Stirnrad 22, das als Zwischenrad des Stirnradgetriebes 2, zwischen dem ersten Stirnrad 21 und einem dritten, mit der Abtriebswelle AT drehfest verbundenen dritten Stirnrad 23 des Stirnradgetriebes 2 angeordnet ist. Das zweite Stirnrad 22 ist um eine zweite Getriebestufendrehachse L2 in dem Gehäuse G drehbar gelagert und definiert somit einen zweiten Wellenstrang. Das dritte Stirnrad 23 der Stirnradgetriebes 2 ist wiederum zusammen mit der Abtriebswelle AT um eine dritte Getriebestufendrehachse L3 drehbar und ist damit Teil eines dritten Wellenstrangs der Antriebseinheit A. Um diese dritte Getriebestufendrehachse L3 ist dann auch die koaxial zu Abtriebswelle AT angeordnete Tretlagerwelle T drehbar.
Über das Planetengetriebe 1 ist eine Übersetzung von der Motorwelle MW zu der Getriebewelle 110 und damit dem ersten Stirnrad 21 von -9 realisierbar. Die gesamte Getriebeeinrichtung 1, 2 mit Planetengetriebe 1 und Stirnradgetriebe 2 erreicht eine Übersetzung von ca. 25.
Wie insbesondere anhand der geschnittenen Darstellung der 1 veranschaulicht ist, ist das Gehäuse G vorliegend aus zwei Gehäusehälften G1 und G2 zusammengesetzt, die entlang einer Trennebene TE miteinander verbunden sind. Das Gehäuse G der dargestellten Antriebseinheit A ist dementsprechend zweieilig aufgebaut. Hierbei werden die beiden Gehäusehälften G1 und G2 über ein an der Trennebene TE angeordnetes Lagerschild 8 zueinander zentriert und damit bei der Montage der Antriebseinheit A bestimmungsgemäß zueinander sowie bezüglich der Getriebestufendrehachsen L1, L2 und L3 (und damit insbesondere der Drehachse der Motorwelle MW) ausgerichtet. Das an der Trennebene TE angeordnete Lagerschild 8 weist für diese Zentrierung einen Zentrierabschnitt in Form eines Zentrierungsbundes 80 auf, der sich nach Art eines Kreisringabschnitts an einem umfangseitigen Rand des Lagerabschnitts 8 entlang erstreckt. Der Zentrierbund 80 steht dabei, bezogen auf die Getriebestufendrehachse L1, beiderseits axial und damit in Richtung beider Gehäusehälften G1 und G2 an dem Lagerschild 8 hervor. Derart kann der Zentrierbund 80 in sich gegenüberliegenden Zentrierungsabsätzen G18 und G28 der beiden Gehäusehälften G1 und G2 formschlüssig aufgenommen werden. Die Zentrierungsabsätze G18 und G28 sind dabei jeweils als rückspringende Vertiefungen an einer Innenseite eines Randabschnitts der jeweiligen Gehäusehälfte G1 oder G2 ausgebildet.
Zusätzlich zu einer Zentrierfunktion übernimmt das Lagerschild 8 im zusammengebauten Zustand der Antriebseinheit A auch eine Lagerfunktion für die Motorwelle MW des Elektromotors E innerhalb eines Innenraums I des Gehäuses G. So weist das Lagerschild 8 eine Lageröffnung 82 auf, in der ein Wälzlager 4.2, hier in Form eines Kugellagers, für die drehbare Lagerung der Motorwelle MW gehalten ist. Das Lagerschild 8 ist hierbei zwischen dem Elektromotor E und dem das Sonnenrad S tragenden Wellenende der Motorwelle MW angeordnet.
An einem von dem Sonnenrad S abgewandten Wellenende der Motorwelle MW ist die Motorwelle MW über ein weiteres Wälzlager 4.1, hier ebenfalls in Form eines Kugellagers, an einem innenraumseitig ausgebildeten Lagersitz der einen Gehäusehälfte G1 drehbar gelagert.
Zwischen dem Lagerschild 8 und dem Elektromotor E ist ferner im Bereich der Trennebene TE eine Platine 9 angeordnet. Das Lagerschild 8 grenzt dabei an die Platine 9 an. Um gezielt über das Lagerschild 8 Wärme von elektronischen Komponenten der Platine 9 aus dem Innenraum I nach außen an die Gehäusewandung des Gehäuses G abzuführen, integriert das Lagerschild 8 zusätzlich die Funktion eines Kühlschilds. Wie insbesondere anhand der Seitenansicht der 5 ersichtlich ist, weist das Lagerschild 8 für die Wärmeabfuhr und -weiterleitung mehrere Flächenabschnitte 83a, 83b und 83c auf. Zusätzlich sind an dem Lagerschild 8 mehrere Aussparungen in Form von Durchgangsöffnungen vorgesehen, in die elektronische Komponenten der Platine 9 ragen können.
In einer der Aussparungen des Lagerschilds 8 ist auch ein Sensor 90 der Platine 9 aufgenommen. Dieser Sensor 90 dient der Bestimmung einer Rotor-Starter-Position und damit einer Bestimmung der Position der Motorwelle MW relativ zu einem Stator des Elektromotors E für die elektronische Steuerung des Elektromotors E im Betrieb der Antriebseinheit A. Der Sensor 90 ist vorliegend als Off-Axis-Sensor ausgebildet und (bezogen auf die Drehachse der Motorwelle MW) zu der Motorwelle MW radial beabstandet und damit seitlich angeordnet.
Von der sich durch die Platine 9 und das Lagerschild 8 hindurch erstreckenden Motorwelle MW wird, wie bereits vorstehend erläutert, dass Sonnenrad S des Planetengetriebes 1 angetrieben, sodass über die mit einer Innenverzahnung 101 des feststehenden Hohlrades 10 und der Außenverzahnung des Sonnenrades S kämmenden Planetenräder P1, P2 und P3 der Planetenträger 11 und dessen Getriebewelle 110 in Drehung versetzt werden können. Während der Elektromotor E in der einen (ersten) Gehäusehälfte G1 angeordnet ist, sind das Planetengetriebe 1 und das Stirnradgetriebe 2 in der anderen (zweiten) Gehäusehälfte G2 untergebracht. Das Hohlrad 10 ist dabei in der zweiten Gehäusehälfte G2 verpresst.
Wie insbesondere anhand der 4 näher veranschaulicht ist, wird dabei das Hohlrad 10 jedoch in der zweiten Gehäusehälfte G2 nicht vollständig umfangseitig umlaufend durch einen gehäuseseitigen Lagerrand G20 radial abgestützt. Vielmehr ist in dem Lagerrand G20 eine Aussparung G20a vorgesehen, in der ein freitragender Stützabschnitt 100 des Hohlrades 10 verdrehsicher aufgenommen ist. Indem an dem Stützabschnitt 100 des Hohlrades 10 keine gehäuseseitige radiale Abstützung vorgesehen ist, steht zusätzlicher Bauraum im Innenraum I des Gehäuses G zur Verfügung und ein Achsabstand zwischen den einzelnen Getriebestufendrehachsen und insbesondere den Getriebestufendrehachsen L1 und L2, um die das erste Stirnrad 21 respektive das zweite Stirnrad 22 drehbar sind, kann verringert werden. Hiermit ist auch ein Achsabstand zwischen der Motorwelle MW und damit des Sonnenrades S der Planetengetriebes 1 zu der Abtriebswelle AT weniger stark durch den Außendurchmesser des Hohlrades 10 limitiert. So ist der Stützabschnitt 100 an dem Hohlrad 10 gerade in einem Bereich des Hohlrades 10 vorgesehen, der, bezogen auf die Drehachse der Motorwelle MW, in radialer Richtung zwischen der zweiten Getriebestufendrehachse L1 und der dritten Getriebestufendrehachse L3 liegt.
Um vorliegend auf dem gesamten Umfang des Hohlrades 10 dieselbe Bauteilsteifigkeit zu erreichen, ist an dem freitragenden Stützabschnitt 100 ein umlaufender Rand des Hohlrades 10 lokal verdickt. An dem Stützabschnitt 100 ist somit ein Außendurchmesser des Hohlrades 10 lokal gegenüber den weiteren Abschnitten des umlaufenden Randes des Hohlrades 10, die an der Gehäusehälfte G2 eingepresst sind, vergrößert.
Das dargestellte Hohlrad 10 kann zurück Gewichtsreduzierung aus Aluminium bestehen oder einen mit Kunststoffmaterial umspritzten Metallkern aufweisen, wobei dann das Kunststoffmaterial insbesondere die Innenverzahnung 101 des Hohlrades 10 ausbildet.
Die Getriebewelle 110 des Planetenträgers 11 ist zusammen mit dem hieran drehfest fixierten ersten Stirnrad 21 an einem plattenförmigen Getriebeträger 3 der Antriebseinheit A innerhalb des Innenraums I des Gehäuses G drehbar gelagert. Der plattenförmige Getriebeträger 3 ist dabei über mehrere Befestigungselemente B, zum Beispiel Schrauben (vergleiche auch 2, 3 und 4), an der zweiten Gehäusehälfte G2 fixiert. Ein Abschnitt des Getriebeträgers 3, der eine Lageröffnung 34 aufweist, erstreckt sich dabei zwischen einem die Planetenträger P1, P2 und P3 tragenden Trägerabschnitt des Planetenträgers 11, von dem die Getriebewelle 110 zentral in axialer Richtung vorsteht, und der Außenverzahnung des ersten Stirnrades 21. In der Lageröffnung 34 ist ein Wälzlager 4.3, hier ebenfalls in Form eines Kugellagers, gehalten, über das die Getriebewelle 110 und das erste Stirnrad 21 drehbar gelagert sind. Ein Innenring des Wälzlagers 4.3 ist dabei an einem hülsenförmigen und sich axial in Richtung des Sonnenrades S erstreckenden ersten Lagerabschnitt 210a des ersten Stirnrades 21 vorgesehen, durch den sich die Getriebewelle 110 hindurch erstreckt. An einem von dem Trägerabschnitt des Planetenträgers 11 weg weisenden Wellenende der Getriebewelle 110 ist die Getriebewelle 110 in einem weiteren, sich ebenfalls axial erstreckenden hülsenförmigen Lagerabschnitt 210b des ersten Stirnrades 21 aufgenommen. Das Wellenende der Getriebewelle 110 ragt dabei mit dem zweiten Lagerabschnitt 210b in einen innenraumseitig ausgebildeten Lagersitz G24 der Gehäusehälfte G2. In diesem Lagersitz G24 ist ein weiteres Wälzlager 4.4 gehalten, dessen Innenring an dem hülsenförmigen zweiten Lagerabschnitt 210b des ersten Stirnrades 21 vorgesehen ist. Derart ist die Getriebewelle 110 des Planetenträgers 11 einerseits an dem Getriebeträger 3 und andererseits an der Gehäusehälfte G2 drehbar gelagert.
Der Getriebeträger 3 lagert ferner vorliegend auch das zweite Stirnrad 22 des Stirnradgetriebes 2. Hierfür bildet der Getriebeträger 3 einen axial entlang der zweiten Getriebestufendrehachse L2 in Richtung einer Gehäuseaußenwand G27 der zweiten Gehäusehälfte G2 axial vorstehenden Lagerzapfen 35 aus. Auf diesem Lagerzapfen 35 sitzt ein Wälzlager 5, vorliegend in Form eines Nadellagers, über das das zweite Stirnrad 22 an dem Lagerzapfen 35 drehbar gelagert ist.
Der Lagerzapfen 35 ist über eine von außerhalb des Gehäuses G zugängliche Lagerschraube 7 an der Gehäusewandung G27 fixiert. Die Lagerschraube 7 ist hierbei von außerhalb des Gehäuses G durch eine Durchgangsöffnung in der Gehäusewandung G27 in eine Bohrung des Lagerzapfens 35 eingedreht. Derart ist der Lagerzapfen 35 des Getriebeträgers 3 an der Gehäusewandung G2 7 fixiert und abgestützt. Zur zusätzlichen (Vor-) Positionierung insbesondere bei der Montage der Antriebseinheit A ragt ein Innenring 50 des Lagers 5 in eine Aussparung an einer Innenseite der Gehäusewandung G27.
An der Gehäusewandung G27 ist außenseitig eine Verrippung R vorgesehen. Diese Verrippung R dient der Erhöhung der Steifigkeit des Abschnitts der Gehäusewandung G27, der dem Lagerzapfen 35 gegenüberliegt, sowie der Abstützung der Lagerschraube 7 an der Gehäusewandung G27 mit Blick auf die im Betrieb der Antriebseinheit A auf das zweite Stirnrad 22 und damit auf den Lagerzapfen 35 wirkenden Belastungen.
Anhand der 2 ist insbesondere die kompakte Bauform der Getriebeeinrichtung 1, 2 der dargestellten Antriebseinheit A mit ihren drei Wellensträngen und den damit verbundenen drei Getriebestufendrehachsen L1, L2 und L3 veranschaulicht. Auch ist hiermit nochmals verdeutlicht, wie bei vergleichsweise großer Gesamtübersetzung von ca. 25 zwischen dem Elektromotor E und der Abtriebswelle AT in der Antriebseinheit A vergleichsweise wenige mechanisch miteinander zusammenwirkende Getriebebauteile benötigt werden, insbesondere indem in bestimmte Bauteile, wie beispielsweise das Lagerschild 8 und den Getriebeträger 3, zusätzliche Funktionen integriert sind. Zudem zeigt sich hieran auch nochmals der vorliegend angesprochene, vergleichsweise geringe Abstand zwischen den unterschiedlichen Getriebestufendrehachsen L1, L2 und L3, der unter anderem auf die Ausbildung des feststehenden Hohlrades 10 mit dem freitragenden Stützabschnitt 100 zurückzuführen ist. Auch erscheint die Tretlagerwelle T, die zusammen mit der Abtriebswelle AT über Lager 6.1 und 6.2 in dem Gehäuse G drehbar gelagert ist, im Vergleich zu den aus der Praxis bekannten Antrieben für Elektrofahrräder vergleichsweise kurz, da die axialen Abmessungen der Antriebseinheit A schlank gehalten werden können.
Aufgrund der insbesondere in der 2 ersichtlichen Schrägverzahnung der miteinander kämmenden Zahnräder S, P1 bis P3 und 10 des Planetengetriebes 1 sowie der Zahnräder 21 bis 23 des Stirnradgetriebes 2 arbeitet die Getriebeeinrichtung 1, 2 der dargestellten Antriebseinheit A vergleichsweise geräuscharm.
Aus der geschnittenen Darstellung der 3 lässt sich insbesondere nochmals gut die Anordnung des plattenförmigen Getriebeträgers 3 in dem Innenraum I des Gehäuses G und dessen Lagerungsfunktion sowohl für den Planetenträger 11 und das erste Stirnrad 21 als auch für das zweite Stirnrad 22 des Stirnradgetriebes 2 erkennen.
Aus der 3 ist ferner ein axial vorstehender Positionierungssteg 38 an dem Getriebeträger 3 ersichtlich, über den der Getriebeträger 3 zu der zweiten Gehäusehälfte G2 und insbesondere der ersten Getriebestufendrehachse L1 zentriert wird, bevor eine Fixierung des Getriebeträgers 3 an der zweiten Gehäusehälfte G2 über die Befestigungselemente B erfolgt. Die Zentrierung des Getriebeträgers 3 innerhalb der zweiten Gehäusehälfte G2 kann dabei auch über den Lagerzapfen 35 unterstützt werden. So ist an dem Lagerzapfen 35 bereits das Lager 5 mit einem axial vorstehenden Innenring 50 montiert, bevor der Getriebeträger 3 an der zweiten Gehäusehälfte G2 angebracht wird. Der vorstehende Abschnitt des Innenrings 50 kann dann in den innenraumseitigen, mit der Durchgangsöffnung für die Lagerschraube 7 ausgebildeten Lagersitz an der Innenseite der Gehäusewandung G27 eingesetzt werden.
Die perspektivische Ansicht der 4 zeigt die zweite Gehäusehälfte G2 mit dem hierin eingepressten Hohlrad 10, dessen freitragender Stützabschnitt 100 verdrehsicher in der Aussparung G20a aufgenommen ist. Aus der 4 ist hierbei insbesondere auch nochmals gut ersichtlich, wie aufgrund des freitragenden Stützabschnitts 100 des Hohlrades 10 der Achsabstand zwischen den Getriebestufendrehachsen L1, L2 und L3 gering gehalten ist. So liegt der Außendurchmesser des zweiten Stirnrades 22 bereits auf Höhe der äußeren Mantelfläche des Hohlrades 10.
Die 5 zeigt die andere, erste Gehäusehälfte G1, in der der Elektromotor E untergebracht ist, mit dem hieran befestigten Lagerschild 8 und der hieran angrenzenden (zwischen dem Elektromotor E und dem Lagerschild 8 angeordneten) Platine 9. Aus der Draufsicht der 5 auf die offene Seite der erste Gehäusehälfte G1 ist dabei auch insbesondere eine Lageröffnung G16 ersichtlich, die für die sich im montierten Zustand der Antriebseinheit A durch das Gehäuse G hindurch erstreckende Tretlagerwelle T vorgesehen ist. Weiterhin zeigt die 5 im Bereich der Trennebene TE an einem Umfang der ersten Gehäusehälfte G10 verteilt angeordnete Schraubpunkte G12 für die Fixierung an der anderen Gehäusehälfte G2.
Die in den 1 bis 5 dargestellte Antriebseinheit A mit einem dreistufigen Getriebekonzept zeichnet sich durch eine äußerst kompakte Bauform aus. In dem lediglich zweiteiligen Gehäuse G des Antriebs A ist dabei der Elektromotor E zusammen mit dem Planetengetriebe 1 und dem Stirnradgetriebe 2 untergebracht, wobei durch zusätzliche Funktionsintegration in ein Lagerschild 8 und einen Getriebeträger 3 Bauraumbedarf und Gewicht gegenüber bisher in der Praxis üblichen Antriebseinheiten für Elektrofahrräder reduziert sind. Dabei ist dennoch eine effiziente und vergleichsweise einfache Montage der Antriebseinheit A gewährleistet, sodass sich ein Montageprozess wie auch ein Demontageprozess, zum Beispiel für Wartungszwecke, äußerst effizient gestalten.
Bezugszeichenliste

1: Planetenradgetriebe
10: Hohlrad
100: Stützabschnitt
101: Innenverzahnung
11: Planetenträger
110: Getriebewelle
2: Stirnradgetriebe
21: Erstes Stirnrad
210a, 210b: Lagerabschnitt
22: Zweites Stirnrad / Zwischenrad
23: Drittes Stirnrad
3: Getriebeträger
34: Lageröffnung
35: Lagerzapfen (Stirnradlagerabschnitt)
38: Positioniersteg
4.1 - 4.4: Lager
5: Lager
50: Innenring
6.1,6.2: Lager
7: Lagerschraube
8: Lagerschild
80: Zentrierbund (Zentrierabschnitt)
82: Lageröffnung
83a, 83b, 83c: Flächenabschnitt
9: Platine
90: Sensor
A: Antriebseinheit
AT: Abtriebswelle
B: Befestigungselement
E: Elektromotor
G: Gehäuse
G1, G2: Gehäusehälfte (Gehäuseteil)
G12: Schraubpunkt
G16: Lageröffnung
G18, G28: Zentrierungsabsatz
G20: Lagerrand
G20a: Aussparung
G24: Lagersitz
G27: Gehäuseaußenwand
I: Innenraum
L1, L2, L3: (Getriebestufen-) Drehachse
MW: Motorwelle
P1, P2, P3: Planetenrad
R: Verrippung
S: Sonnenrad
T: Tretlagerwelle (Antriebswelle)
TE: Trennebene

Claims

Antriebseinheit für ein Elektrofahrrad, mit - einer Antriebswelle (T) für die muskelkraftbetätigte Erzeugung eines Antriebsdrehmoments, - einer Abtriebswelle (AT) zum Antreiben eines Rades des Elektrofahrrads, die koaxial zu der Antriebswelle (T) angeordnet ist, - einem Elektromotor (E) mit einer Motorwelle (MW) zur fremdkraftbetätigten Erzeugung eines zusätzlichen Antriebsdrehmoments, - einer Getriebeeinrichtung (1, 2) zum Koppeln einer Motorwelle (MW) des Elektromotors (E) mit der Abtriebswelle (AT), wobei die Getriebeeinrichtung (1, 2) wenigstens zwei Getriebestufen umfasst, und - einem den Elektromotor (E) und die Getriebeeinrichtung (1, 2) aufnehmenden Gehäuse (G), dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (A) einen in dem Gehäuse (G) fixierten Getriebeträger (3) umfasst, an dem wenigstens ein Zahnrad (21) einer ersten Getriebestufe und wenigstens ein Zahnrad (22) einer zweiten Getriebestufe drehbar gelagert sind.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (21) einen sich, bezogen auf eine Drehachse (L1) des ersten Zahnrades (21), axial erstreckenden ersten Lagerabschnitt (210a) aufweist, der in die Lageröffnung (34) des Getriebeträgers (3) ragt und an dem ein in der Lageröffnung (34) gehaltenes Wälz- oder Gleitlager (4.3) vorgesehen ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (21) einen sich, bezogen auf eine Drehachse (L1) des ersten Zahnrades (21), axial erstreckenden zweiten Lagerabschnitt (210b) aufweist, der zusätzlich an einem Abschnitt eines Gehäuses (G) der Antriebseinheit (A) drehbar gelagert ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebeträger (3) einen Lagerzapfen (35) aufweist, an dem das zweite Zahnrad (22) drehbar gelagert ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Lagerzapfen (35) ein Wälz- oder Gleitlager (5) für die drehbare Lagerung des zweiten Zahnrades (22) vorgesehen ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebeträger (3) plattenförmig ausgebildet.
Antriebseinheit nach Anspruch 4 oder 5 und nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (35) an dem plattenförmigen Getriebeträger (3) in Richtung einer Gehäuseaußenwand (G27) des Gehäuses (G) vorsteht.
Antriebseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerzapfen (35) über eine von außerhalb des Gehäuses (G) zugängliches Arretierelement (7) an der Gehäuseaußenwand (G27) fixiert ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Getriebeträger (3) eine Lageröffnung (34) für die drehbare Lagerung einer mit dem ersten Zahnrad (21) verbundenen Getriebewelle (110) aufweist.
Antriebseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Lageröffnung (34) des Getriebeträgers (11) ein Wälz- oder Gleitlager (4.3) für die drehbare Lagerung der Getriebewelle (110) gehalten ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebewelle (110) zusätzlich an einem Abschnitt eines Gehäuses (G) der Antriebseinheit (A) drehbar gelagert ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (1, 2) für die erste Getriebestufe ein Planetengetriebe (1) mit einem Sonnenrad (S), einem Hohlrad (10) und mehreren an einem Planetenträger (11) des Planetengetriebes (1) drehbar gelagerten Planetenräder (P1-P3) umfasst, wobei die Motorwelle (MW) des Elektromotors (E) mit dem Sonnenrad (S) des Planetengetriebes (1) verbunden ist und über das feststehende Hohlrad (10) ein Drehmoment von der Motorwelle (MW) an den Planetenträger (11) übertragbar ist, der mit dem ersten Zahnrad (21) verbunden ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeeinrichtung (1, 2) für die zweite Getriebestufe ein Stirnradgetriebe (2) für die Übertragung eines Drehmoments von dem Planetengetriebe (1) an die Abtriebswelle (AT) umfasst, wobei - das erste Zahnrad durch ein erstes Stirnrad (21) des Stirnradgetriebes (2) gebildet ist, - das zweite Zahnrad durch ein zweites Stirnrad (22) des Stirnradgetriebes (2) gebildet ist, das mit dem ersten Stirnrad (21) und einem dritten Stirnrad (23) des Stirnradgetriebes (2) kämmt und - das dritte Stirnrad (23) eine dritte Getriebestufe bildet und mit der Abtriebswelle (AT) verbunden ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Getriebeträger (3) auch der Planetenträger (11) des Planetengetriebes (1) drehbar gelagert ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 11 und nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebewelle (110) Teil des Planetenträgers (11) des Planetengetriebes (1) ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende Hohlrad (10) in dem Gehäuse (G) gelagert, aber bezogen auf eine Drehachse (L1) des Sonnenrades (S), lediglich teilweise umfangsseitig durch das Gehäuse (G) radial abgestützt ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Getriebeeinrichtung (1, 2) eine Gesamtübersetzung im Bereich von 22 bis 27 bereitgestellt ist.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass miteinander kämmende Zahnräder (S, P1-P3, 10; 21, 22, 23) der Getriebeeinrichtung (1, 2) schrägverzahnt sind.
Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (G) zwei entlang einer Trennebene (TE) miteinander verbundene Gehäuseteilen (G1, G2) umfasst und an der Trennebene (TE) ein Lagerschild (8) mit einer Lageröffnung (82) für die drehbare Lagerung der Motorwelle (MW) vorgesehen ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (8) ein Kühlschild zum Abführen von Wärme aus dem Innenraum (I) des Gehäuses (G) an eine Gehäuseaußenwand integriert.
Antriebseinheit nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerschild (8) an eine Platine (9) der Antriebseinheit (A) angrenzend in einem Innenraum (I) des Gehäuses (G) angeordnet ist.
Elektrofahrrad mit einer Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 21.