DE102021212131B3

DE102021212131B3 - Elektrisch leistungsverzweigter Fahrradantrieb

Info

Publication number: DE102021212131B3
Application number: DE102021212131.4A
Authority: DE
Inventors: Johannes Kaltenbach; Uwe Griesmeier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-10-27
Filing date: 2021-10-27
Publication date: 2022-12-22
Anticipated expiration: 2041-10-28

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrisch leistungsverzweigten Fahrradantrieb (2), wobei der Fahrradantrieb (2) eine erste Elektromaschine (6), ein erstes Planetengetriebe (8), eine Tretkurbelwelle (10) und eine Abtriebswelle (12) aufweist, wobei das erste Planetengetriebe (8) ein erstes Sonnenrad (16), einen ersten Planetenträger (18) und ein erstes Hohlrad (20) aufweist. Eine erste Motorabtriebswelle (7) der ersten Elektromaschine (6) ist quer zur Tretkurbelwelle (10) angeordnet. Der Fahrradantrieb (2) ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment von der Tretkurbelwelle (10) über das erste Planetengetriebe (8) an die Abtriebswelle (10) zu übertragen. Die erste Motorabtriebswelle (7) ist über einen Winkeltrieb (14) mit dem ersten Sonnenrad (16) verbunden. Der Fahrradantrieb (2) weist eine zweite Elektromaschine (22) auf, wobei eine zweite Motorabtriebswelle (23) der zweiten Elektromaschine (22) koaxial zur Tretkurbelwelle (10) angeordnet ist, und wobei der Fahrradantrieb (2) dazu ausgebildet ist, ein Drehmoment von der zweiten Elektromaschine (22) über die Tretkurbelwelle (10) an das erste Planetengetriebe (8) und weiter an die Abtriebswelle (12) zu übertragen. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrrad mit einem solchen Fahrradantrieb (2).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrradantrieb mit einem elektrisch leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe. Zudem betrifft die Erfindung ein Fahrrad mit einem solchen Fahrradantrieb.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Fahrradantriebe mit verschiedenen Getriebekonfigurationen bekannt. Aus DE 10 2013 004 579 A1 ist z. B. ein leistungsverzweigtes Getriebe für ein Fahrrad bekannt. Bei Fahrrädern ist es wünschenswert, viele Gänge bereitstellen zu können, um effizient fahren zu können. Bei Fahrradantrieben ist zudem eine motorische Antriebsunterstützung des Fahrradfahrers häufig gewünscht. Diese soll ebenfalls effizient eine Antriebsleistung am Antrieb bereitstellen, um beispielsweise mit einer Batterie eine möglichst hohe Reichweite zu erzielen. Insgesamt sollen Fahrradantriebe dabei leicht, kostengünstig und robust sein. In der Offenlegungsschrift DE 10 2016 121 855 A1 ist eine Fahrradantriebseinheit mit einem Planetenzahnradmechanismus, einem ersten Motor und einem Schneckenantrieb gezeigt. In der Patentschrift DE 10 2018 212 584 B3 ist ein Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb umfassend einen ersten und einen zweiten Elektromotor gezeigt.
Darstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Fahrradantrieb bereitzustellen, welcher effizient, platzsparend und mit möglichst wenigen Übersetzungen in ein Fahrrad integrierbar ist. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrrad mit einem solchen Fahrradantrieb bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch zwei im Folgenden beschriebenen Aspekte gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen beider Aspekte sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ein erster Aspekt betrifft einen elektrisch leistungsverzweigten Fahrradantrieb. Der Fahrradantrieb kann stufenlos sein. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, in einem elektrisch antreibbaren Fahrrad, wie einem Pedelec, S-Pedelec, E-Bike, Cargobike oder dergleichen, verbaut zu werden. Unter „Fahrrad“ sind in der vorliegenden Anmeldung ein- oder zweispurige Fahrzeuge zu verstehen, die mit Muskelkraft und/oder mit elektrischer Unterstützung betrieben werden können. Der Fahrradantrieb kann in einem Rahmen des Fahrrads verbaut werden, beispielsweise wenigstens teilweise in einem Unterrohr und alternativ oder zusätzlich in einem Sitzrohr des Fahrrads. Das Getriebe weist eine erste Elektromaschine, ein erstes Planetengetriebe, eine Tretkurbelwelle und eine Abtriebswelle auf. Jeweilige Bauteile des Getriebes können in einem gemeinsamen oder auch zugeordneten Getriebegehäuse wenigstens teilweise aufgenommen sein. Das Getriebegehäuse kann integral mit dem Fahrradrahmen ausgebildet sein.
Eine Elektromaschine kann beispielsweise eine Asynchronmaschine oder Synchronmaschine sein. Eine Elektromaschine kann dazu ausgebildet sein, elektrische Energie in mechanische Energie zu wandeln. Optional kann eine Elektromaschine auch zur Rekuperation ausgebildet sein. Die Tretkurbelwelle kann sich beispielsweise quer komplett durch den Fahrradantrieb erstrecken. Die Tretkurbelwelle kann dazu ausgebildet sein, eine Muskelkraft an die Abtriebswelle zu übertragen. Der Fahrradantrieb kann Pedale aufweisen, welche mit der Tretkurbelwelle verbunden sind. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, dass ein Fahrer des Fahrrads ein Drehmoment über die Pedale auf die Tretkurbelwelle aufbringen kann. Die Abtriebswelle kann dazu ausgebildet sein, eine Antriebskraft an wenigstens ein Laufrad des Fahrrads zu übertragen. Die Abtriebswelle kann mit einem Zahnrad permanent drehfest verbunden sein. Über das Zahnrad kann eine Kette laufen, welche ein Laufrad des Fahrrads antreiben kann. Alternativ kann beispielsweise ein Riemenantrieb vorgesehen sein, um die Abtriebswelle mit dem angetriebenen Laufrad zu verbinden.
Das erste Planetengetriebe weist ein erstes Sonnenrad, einen ersten Planetenträger und ein erstes Hohlrad auf. Das erste Sonnenrad, der erste Planetenträger und das erste Hohlrad können einen ersten Planetenradsatz ausbilden. Der erste Planetenradsatz kann ein Plusgetriebe oder ein Minusgetriebe ausbilden. An dem ersten Planetenträger kann ein Satz von ersten Planetenrädern drehbar gelagert sein. Die ersten Planetenräder können im Eingriff mit dem ersten Sonnenrad und dem ersten Hohlrad stehen. Das erste Planetengetriebe kann koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnet sein. Der erste Planetenradsatz kann koaxial zu der Tretkurbelwelle angeordnet sein. Die Tretkurbelwelle kann sich durch das erste Planetengetriebe durch erstrecken. Das erste Planetengetriebe kann frei von weiteren Drehelementen und Planetenradsätzen als den hier genannten Drehelementen und Planetenradsätzen sein. Das erste Planetengetriebe kann nur den ersten Planetenradsatz aufweisen.
Die erste Elektromaschine weist eine erste Motorabtriebswelle auf, welche quer zur Tretkurbelwelle angeordnet ist. Die erste Motorabtriebswelle kann senkrecht zur Tretkurbelwelle angeordnet sein. An der ersten Motorabtriebswelle kann beispielsweise eine Antriebsleistung der ersten Elektromaschine bereitgestellt sein. Die erste Motorabtriebswelle kann einen Rotor der ersten Elektromaschine ausbilden oder mit diesem drehfest verbunden sein.
Der Fahrradantrieb ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment von der Tretkurbelwelle über das erste Planetengetriebe an die Abtriebswelle zu übertragen. Die Drehmomentübertragung kann permanent möglich sein oder nur in bestimmten Schaltzuständen.
Die erste Motorabtriebswelle ist über einen Winkeltrieb mit dem ersten Sonnenrad verbunden. Ein Winkeltrieb kann dazu ausgebildet sein, zwischen zwei quer zueinander verlaufenden Wellen eine mechanische Wirkverbindung herzustellen. Der Winkeltrieb kann ein Kegelradgetriebe aufweisen. Die erste Motorabtriebswelle kann über ein Reduziergetriebe mit dem ersten Sonnenrad verbunden sein. Das Reduziergetriebe kann zwischen der ersten Motorabtriebswelle und dem Winkeltrieb angeordnet sein. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, ein Drehmoment von der ersten Elektromaschine über das erste Planetengetriebe an die Abtriebswelle zu übertragen.
Sind zwei Elemente mechanisch wirkverbunden, so sind diese unmittelbar oder mittelbar derart miteinander gekoppelt, dass eine Bewegung des einen Elements eine Reaktion des anderen Elements bewirkt. Beispielsweise kann eine mechanische Wirkverbindung durch eine formschlüssige oder reibschlüssige Verbindung bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die mechanische Wirkverbindung einem Kämmen von korrespondierenden Verzahnungen von zwei Elementen entsprechen. Zwischen den Elementen können dabei weitere Elemente, beispielsweise eine oder mehrere Stirnradstufen, vorgesehen sein. Unter einer permanent drehfesten Verbindung zweier Elemente wird hingegen eine Verbindung verstanden, bei welcher die beiden Elemente zu allen bestimmungsgemäßen Zuständen des Getriebes im Wesentlichen starr miteinander gekoppelt sind. Die Elemente können dabei als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen. Eine Verbindung zweier Elemente über ein weiteres Element kann bedeuten, dass dieses weitere Element an einer mittelbaren Wirkverbindung der beiden Elemente beteiligt ist. Beispielsweise kann dieses Element im Kraftfluss zwischen diesen beiden Elementen angeordnet sein. Eine Verbindung zweier Elemente über zwei oder mehr weitere Elemente kann bedeuten, dass diese weiteren Elemente alle an einer mittelbaren Wirkverbindung der beiden Elemente beteiligt sind.
Es wird somit ein Fahrradantrieb bereitgestellt, bei welchem über das Getriebe die erste Motorabtriebswelle mit dem ersten Sonnenrad verbunden ist. Dadurch kann auf eine Reduzierstufe zwischen der ersten Motorabtriebswelle und dem Sonnenrad verzichtet werden, da keine großen Drehmomente von der ersten Motorabtriebswelle auf dem Sonnenrad abgestützt werden müssen. Weiterhin kann durch die Anordnung der ersten Elektromaschine quer zur Tretkurbelwelle der Fahrradantrieb so dimensioniert werden, dass dieser platzsparend in einen Fahrradrahmen einbaubar ist. So kann die erste Elektromaschine möglichst mittig in dem Gehäuse des Fahrrads, wie dem Unterrohr, positionierbar sein, wobei die relative Positionierung von erster Elektromaschine zu erstem Planetengetriebe über den Winkeltrieb an die Dimensionierung des Fahrradrahmens und der Teile des Fahrradantriebs leicht angepasst werden kann.
Mit der ersten Elektromaschine kann durch ein entsprechendes Antreiben des ersten Sonnenrads eine Übersetzung an dem ersten Planetengetriebe stufenlos verändert werden. Dadurch kann der Fahrradfahrer jederzeit die Tretkurbelwelle weitestgehend unabhängig von einer tatsächlichen Fahrgeschwindigkeit des Fahrrads mit einer gewünschten Drehzahl antrieben. Dadurch wird ein sehr effizientes und kraftschonendes Fahren ermöglicht. Zudem kann die erste Elektromaschine so gegebenenfalls nicht nur die Übersetzung verändern, sondern auch das Antreiben des Fahrrads mit einer elektrischen Antriebskraft mit unterstützen. Es ergibt sich ein sehr effizienter und komfortabler Fahrradantrieb. Die Übersetzung kann zudem leicht automatisch angepasst werden, beispielsweise indem die erste Elektromaschine in Abhängigkeit von einem Sensorsignal gesteuert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Tretkurbelwelle mit dem ersten Planetenträger permanent drehfest verbunden sein. Der erste Planetenträger kann so eine Antriebswelle des ersten Planetengetriebes bilden, wodurch das erste Planetengetriebe für den Fahrradantrieb einfach eine hohe Übersetzung bereitstellen kann. Die Abtriebswelle kann mit dem ersten Hohlrad permanent drehfest verbunden sein. Das erste Hohlrad kann so eine Abtriebswelle des ersten Planetengetriebes bilden, wodurch das erste Planetengetriebe für den Fahrradantrieb einfach eine hohe Übersetzung bereitstellen kann. Alternativ kann die Tretkurbelwelle beispielsweise mit dem ersten Hohlrad permanent drehfest verbunden sein und die Abtriebswelle kann mit dem ersten Planetenträger permanent drehfest verbunden sein.
Es kann somit über das erste Planetengetriebe die erste Elektromaschine, die Tretkurbelwelle und die Abtriebswelle so verbunden werden, dass ein möglichst hohes Drehmoment an dem ersten Hohlrad anliegen kann. Ein Hohlrad kann hohe Drehmomente besonders gut abstützen. Wenn die Abtriebswelle mit dem ersten Hohlrad verbunden ist, kann ein möglichst hohes Drehmoment von dem ersten Planetengetriebe auf die Abtriebswelle übertragen werden.
Der Fahrradantrieb weist ferner eine zweite Elektromaschine auf. Die elektrische Leistungsverzweigung des Getriebes kann sich auf die erste und zweite Elektromaschine beziehen. Die erste und die zweite Elektromaschine können jeweils mit einem elektrischen Energiespeicher, wie beispielsweise einer gemeinsamen oder je einer zugeordneten Batterie, verbunden sein. Die zweite Elektromaschine weist eine zweite Motorabtriebswelle auf. Die Nummerierung als zweite Motorabtriebswelle kann sich auf die Zuordnung zu der zweiten Elektromaschine beziehen. Jede Elektromaschine des Fahrradantriebs kann also beispielsweise nur eine einzige Abtriebswelle aufweisen. Die zweite Motorabtriebswelle ist koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Motorabtriebswelle koaxial mit einem Drehelement des ersten Planetengetriebes angeordnet sein, mit welchem die zweite Motorabtriebswelle permanent drehfest verbunden oder alternativ oder zusätzlich permanent mechanisch wirkverbunden ist. Die zweite Motorabtriebswelle kann als Hohlwelle ausgebildet sein und die Tretkurbelwelle kann sich durch die zweite Motorabtriebswelle hindurch erstrecken. Alternativ kann die zweite Motorabtriebswelle axial versetzt zur Tretkurbelwelle angeordnet sein. Der Fahrradantrieb ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment von der zweiten Elektromaschine über das erste Planetengetriebe an die Abtriebswelle zu übertragen. Der Fahrradantrieb ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment von der zweiten Elektromaschine über die Tretkurbelwelle an das erste Planetengetriebe zu übertragen. Die zweite Abtriebswelle kann aber auch unter Umgehung der Tretkurbelwelle mit dem ersten Planetengetriebe verbunden sein.
Die zweite Elektromaschine kann dazu ausgebildet sein, eine Drehmomentunterstützung für die Tretkurbelwelle bereitzustellen. Die erste Elektromaschine kann dazu ausgebildet sein, eine Drehzahlüberlagerung bereitzustellen. Die Drehzahlüberlagerung kann sich auf eine Überlagerung der Drehzahlen der Tretkurbelwelle und der Abtriebswelle beziehen. Dadurch, dass die zweite Elektromaschine deren Antriebsleistung ebenfalls über das erste Planetengetriebe an die Abtriebswelle überträgt, kann diese in einem effizienten Betriebszustand betrieben werden. Beispielsweise kann die erste Elektromaschine die Übersetzung des ersten Planetengetriebes an eine Fahrgeschwindigkeit des Fahrrads so anpassen, dass die zweite Elektromaschine bei einer Drehzahl mit besonders hohem Wirkungsgrad betrieben wird. Dafür kann die erste Elektromaschine nur wenig Leistung benötigen. Insgesamt kann so eine elektrische Effizienz höher sein als bei einem Fahrradantrieb ohne stufenlose Leistungsverzweigung. Beispielsweise ist die zweite Elektromaschine eine leistungsfähigere Elektromaschine als die erste Elektromaschine. Der Fahrradantrieb kann somit dazu verwendet werden, um mittels der ersten und der zweiten Elektromaschine ein Fahrrad anzutreiben. Die notwendige Drehzahlüberlagerung von Tretkurbelwelle und Abtriebswelle bei der Drehmomentunterstützung kann durch den Fahrradantrieb bereitgestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die zweite Elektromaschine über ein Vorgelege mit der Tretkurbelwelle permanent mechanisch wirkverbunden sein. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, ein Drehmoment von der zweiten Elektromaschine über das Vorgelege an das erste Planetengetriebe zu übertragen. Das Vorgelege kann eine Stirnradübersetzung zwischen der zweiten Motorabtriebswelle und der Tretkurbelwelle ausbilden. Das Vorgelege kann eine erste Stirnradstufe, eine Vorgelegewelle und eine zweite Stirnradstufe aufweisen. Der Drehmomentfluss von der zweiten Elektromaschine über die zweite Motorabtriebswelle kann zunächst über die erste Stirnradstufe, dann über die Vorgelegewelle und dann über die zweite Stirnradstufe an die Tretkurbelwelle erfolgen. Mit der Vorgelegewelle können dafür ein Stirnrad der ersten Stirnradstufe und ein Stirnrad der zweiten Stirnradstufe permanent drehfest verbunden sein. Durch das Vorgelege kann das Drehmoment oder eine Drehzahl von der zweiten Motorabtriebswelle zum ersten Planetengetriebe und zusätzlich zur Tretkurbelwelle erhöht werden. Das Vorgelege kann in gleicher axialer Ebene bezüglich der Tretkurbelwelle wie der Winkeltrieb zwischen der ersten Motorabtriebswelle und dem ersten Sonnenrad sein. Dadurch ist der Fahrradantrieb besonders kompakt. Zusätzlich können weitere Vorgelegewellen und alternativ oder zusätzlich weitere Stirnradstufen von dem Vorgelege umfasst sein.
Eine Stirnradstufe kann eine oder mehrere Stufen aufweisen. Jede Stufe weist dabei zwei miteinander kämmende Räder auf. Eine einstufige Stirnradstufe kann beispielsweise wenigstens zwei miteinander mit jeweiligen Verzahnungen kämmende Räder aufweisen. Eine zweistufige Stirnradstufe weist beispielsweise zwei Räder auf, welche mit einem zwischen diesen Rädern angeordneten weiteren Zwischenrad paarweise kämmen. Ein Rad einer Stirnradstufe kann an seinem Außenumfang eine Verzahnung aufweisen. Eine Stirnradstufe kann zwei Elemente unter einer zusätzlichen Übersetzung und alternativ oder zusätzlich eines axialen Versatzes miteinander wirkverbinden.
Es kann somit ein Fahrradantrieb bereitgestellt werden, bei dem mittels des Vorgeleges in gleicher axialer Ebene wie der Winkeltrieb zwischen der ersten Motorabtriebswelle und dem ersten Sonnenrad eine kompakte Bauweise des Fahrradantriebs ermöglicht wird. Dadurch kann genügend axiale Länge für die zweite Elektromaschine bereitgestellt werden. Es kann somit eine größere und leistungsstärkere zweite Elektromaschine in dem Fahrradantrieb vorsehbar sein und in dem Fahrradrahmen einbaubar sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Fahrradantrieb ferner ein zweites Planetengetriebe aufweisen. Das zweite Planetengetriebe kann koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnet sein. Das zweite Planetengetriebe kann beispielswiese statt des Vorgeleges vorgesehen sein, um eine zusätzliche Übersetzung für die zweite Elektromaschine bereitzustellen. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, ein Drehmoment von der zweiten Elektromaschine über das zweite Planetengetriebe an das erste Planetengetriebe zu übertragen. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, ein Drehmoment von der zweiten Elektromaschine über das zweite Planetengetriebe an die Tretkurbelwelle zu übertragen. Es kann durch ein zweites Planetengetriebe in kompakter Art und Weise eine Übersetzung zwischen der zweiten Elektromaschine und der Abtriebswelle ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das zweite Planetengetriebe einen zweiten Planetenradsatz und einen dritten Planetenradsatz aufweisen. Der zweite Planetenradsatz kann ein zweites Sonnenrad, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad aufweisen. Der dritte Planetenradsatz kann ein drittes Sonnenrad, einen dritten Planetenträger und ein drittes Hohlrad aufweisen. Die Nummerierung dieser Drehelemente dient lediglich deren Zuordnung zu den jeweiligen Planetenradsätzen. Der zweite Planetenradsatz kann also beispielsweise kein erstes Sonnenrad aufweisen. Das zweite Planetengetriebe kann frei von weiteren Planetenradsätzen sein. Der zweite und der dritte Planetenradsatz können frei von weiteren als den hier genannten Drehelementen sein. Der zweite und alternativ oder zusätzlich der dritte Planetenradsatz kann jeweils ein Plusgetriebe oder ein Minusgetriebe ausbilden. Das zweite Sonnenrad kann mit dem dritten Planetenträger permanent drehfest verbunden sein. Der zweite Planetenträger kann mit dem ersten Planetenträger permanent drehfest verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Planetenträger mit der Tretkurbelwelle permanent drehfest verbunden sein. Somit wird eine Drehmomentübertragung von dem zweiten Planetengetriebe an das erste Planetengetriebe und damit die Abtriebswelle ermöglicht. Der zweite Planetenträger kann eine Ausgangswelle des zweiten Planetengetriebes bilden. Das zweite Hohlrad kann festgesetzt sein. Das zweite Hohlrad kann dafür beispielsweise mit einem stationären Bauteil permanent drehfest verbunden sein, wie dem Fahrradrahmen. Das dritte Sonnenrad kann mit der zweiten Motorabtriebswelle permanent drehfest verbunden sein. Das dritte Sonnenrad kann eine Antriebswelle des zweiten Planetengetriebes bilden. Das dritte Hohlrad kann festgesetzt sein. Beispielsweise kann das dritte Hohlrad dafür mit einem stationären Bauteil permanent drehfest verbunden sein. Dieses stationäre Bauteil kann gleich oder verschieden zu dem stationären Bauteil sein, mit welchem das zweite Hohlrad permanent drehfest verbunden ist.
Es kann somit ein Fahrradantrieb bereitgestellt werden, wobei durch die Verwendung von dem zweiten und dem dritten Planetenradsatz axialer Platz entlang der Tretkurbelwelle eingespart werden kann, so dass im Fahrradrahmen, wenn der Fahrradantrieb in diesen verbaut ist, mehr Platz für die zweite Elektromaschine zur Verfügung stehen kann. Zudem kann eine solche Bauweise mit wenigen Hohlwellen auskommen und eine hohe Übersetzung für die zweite Elektromaschine bereitstellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das zweite Planetengetriebe einen vierten Planetenradsatz aufweisen, wobei der vierte Planetenradsatz ein viertes Sonnenrad, einen vierten Planetenträger, ein viertes Hohlrad und einen Satz von Stufenplanetenrädern aufweisen kann. Der vierte Planetenradsatz kann frei von weiteren Drehelementen sein. Der vierte Planetenradsatz kann statt dem zweiten und dritten Planetenradsatz vorgesehen sein. Das zweite Planetengetriebe weist also beispielsweise nur einen einzigen Planetenradsatz auf, nämlich den hier mit vier nummerierten Planetenradsatz. Der vierte Planetenradsatz kann ein Plusgetriebe oder ein Minusgetriebe ausbilden. Der Satz von Stufenplanetenrädern kann zwei oder mehrere drehbar an dem vierten Planetenträger gelagerte Stufenplanetenräder aufweisen. Die Stufenplanetenräder können zumindest zwei Verzahnungsbereiche mit unterschiedlichen Wirkdurchmessern aufweisen. Ein erster Verzahnungsbereich mit einem ersten Wirkdurchmesser kann nur mit dem vierten Sonnenrad in Eingriff stehen. Ein zweiter Verzahnungsbereich kann nur mit dem vierten Hohlrad in Eingriff stehen. Das vierte Sonnenrad kann mit der zweiten Abtriebswelle permanent drehfest verbunden sein. Das vierte Sonnenrad kann also die Antriebswelle des zweiten Planetengetriebes bilden. Der vierte Planetenträger kann mit dem ersten Planetenträger permanent drehfest verbunden sein. Der vierte Planetenträger kann also die Abtriebswelle des zweiten Planetengetriebes bilden. Alternativ oder zusätzlich kann der vierte Planetenträger mit der Tretkurbelwelle permanent drehfest verbunden sein. Das vierte Hohlrad kann festgesetzt sein. Beispielsweise kann das vierte Hohlrad mit einem stationären Bauteil permanent drehfest verbunden sein. Das zweite Planetengetriebe kann somit eine Stufenplanetenübersetzung ausbilden.
Es kann durch eine solche Stufenplanetenübersetzung, welche in gleicher axialer Ebene bezüglich der Tretkurbelwelle wie der Winkeltrieb zwischen der ersten Motorabtriebswelle und dem ersten Sonnenrad liegen kann, eine große Übersetzung zwischen der zweiten Elektromaschine und dem ersten Planetenträger ausbilden. Dies kann auf kleinem Raum erfolgen. Somit kann der Fahrradantrieb in kompakter Bauweise ausbildbar sein und im Fahrradrahmen verbaubar sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Fahrradantrieb ferner ein Freilaufelement aufweisen, welches dazu ausgebildet sein kann, das erste Planetengetriebe zu verblocken. Das Freilaufelement kann dazu ausgebildet sein, das erste Planetengetriebe in einer Drehrichtung zu verblocken und in der entgegengesetzten Drehrichtung freilaufen zu lassen. Dabei können zumindest zwei von dem ersten Sonnenrad, dem ersten Planetenträger und dem ersten Hohlrad miteinander drehfest verbunden werden. Beispielsweise kann der erste Planetenträger und das erste Hohlrad mittels dem Freilaufelement in einer Drehrichtung drehfest verbindbar sein. Beispielsweise kann das Freilaufelement dazu ausgebildet sein, im Sperrrichtungszustand den ersten Planetenträger und das erste Hohlrad drehfest miteinander zu verbinden. Ein Freilaufelement kann beispielsweise als Rollen-Freilauf oder Klemmkörper-Freilauf ausgebildet sein.
Es kann somit der Fahrradantrieb auch bei Ausfall der ersten Elektromaschine eine Drehmomentübertragung von der Tretkurbelwelle und alternativ oder zusätzlich von der zweiten Elektromaschine an die Abtriebswelle weiterhin ermöglichen. Beispielsweise würde sonst bei Ausfall der ersten Elektromaschine die zweite Elektromaschine nur oder nahezu nur ein Drehmoment an die Abtriebswelle übertragen und kein oder nur ein sehr geringes Drehmoment an die Abtriebswelle. Somit kann der Fahrradantrieb auch bei Ausfall der ersten Elektromaschine weiterhin verwendbar sein. Diese Ausfallsicherung ist kompakt und kostengünstig.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Fahrradantrieb ein Freilaufelement aufweisen, wobei die Tretkurbelwelle über das Freilaufelement mit dem ersten Planetenträger mechanisch wirkverbunden ist. Dadurch kann ein Nachlaufen des ersten Planetenradsatzes bei plötzlichem Aufhören des Tretens durch den Benutzer gewährleistet werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Anbindung der ersten oder der zweiten Elektromaschine jeweils ein weiteres Freilaufelement aufweisen. So kann die erste Motorabtriebswelle über ein Freilaufelement mit dem Winkeltrieb mechanisch wirkverbunden sein. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Motorabtriebswelle über ein Freilaufelement mit dem Vorgelege oder alternativ mit dem zweiten Planetengetriebe mechanisch wirkverbunden sein. Ein Freilaufelement in der Anbindung der ersten oder alternativ oder zusätzlich der zweiten Elektromaschine kann in Verbindung mit einem mechanischem Gang ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Fahrradantrieb ferner eine Freilaufelementbremse aufweisen, welche dazu ausgebildet sein kann, bei deren Betätigung das erste Sonnenrad festzusetzen. Das Freilaufelementbremse kann beispielsweise durch dessen Betätigung das erste Sonnenrad mit einem stationären Bauteil permanent drehfest verbinden. Im Falle des Ausfalls der ersten Elektromaschine kann eine Drehmomentübertragung von der Tretkurbelwelle und alternativ oder zusätzlich von der zweiten Elektromaschine weiterhin an die Abtriebswelle ermöglicht werden. Diese Ausfallsicherung ermöglicht durch deren Betätigung ein hohes Übersetzungsverhältnis, wodurch ein relativ effizientes Antreiben des Fahrrads weiterhin möglich ist. Ansonsten kann die Freilaufelementbremse die gleiche Funktion wie das zuvor beschriebene Freilaufelement bereitstellen. Die Freilaufelementbremse kann einen mechanisches Gang ausbilden. Zusätzlich kann die Freilaufelementbremse beispielsweise ein reibschlüssiges Schaltelement, wie eine Lamellenkupplung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, auch die Freilaufrichtung zu sperren, indem eine permanente drehfeste Verbindung mit einem stationären Bauteil durch dessen Betätigung hergestellt wird.
Ein zweiter Aspekt betrifft ein Fahrrad mit einem Fahrradantrieb gemäß dem ersten Aspekt. Jeweilige Vorteile und weitere Merkmale sind der Beschreibung des ersten Aspekts zu entnehmen, wobei Ausgestaltungen des ersten Aspekts auch Ausgestaltungen des zweiten Aspekts und umgekehrt bilden. Das Fahrrad kann ein Laufrad aufweisen. Die Abtriebswelle kann mit dem Laufrad mechanisch wirkverbindbar oder wirkverbunden sein. Beispielsweise kann die Abtriebswelle über eine Kette oder alternativ über einen Riemen mit dem Laufrad mechanisch wirkverbindbar sein.
Figurenliste

1 zeigt schematisch einen Fahrradantrieb mit einem Getriebe mit Vorgelege gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt schematisch einen Fahrradantrieb mit einem Getriebe mit geschachtelten Planetenradsätzen gemäß einer Ausführungsform.
3 zeigt schematisch einen Fahrradantrieb mit einem Getriebe mit einem Planetenradsatz mit Stufenplanetenrädern gemäß einer Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt schematisch einen Fahrradantrieb 2 gemäß einer Ausführungsform. Der Fahrradantrieb 2 weist ein Gehäuse 4 auf, welches in der gezeigten Ausführungsform durch einen Fahrradrahmen gebildet wird. Der Fahrradantrieb 2 weist eine erste Elektromaschine 6, ein erstes Planetengetriebe 8, eine Tretkurbelwelle 10 und eine Abtriebswelle 12 auf. Der Fahrradantrieb 2 weist Pedale 3 auf, welche mit der Tretkurbelwelle 10 verbunden sind. Das erste Planetengetriebe 8 weist ein erstes Sonnenrad 16, einen ersten Planetenträger 18 und ein erstes Hohlrad 20 auf. An dem ersten Planetenträger 18 ist ein Satz jeweiliger erster Planetenräder 19 drehbar gelagert, welche mit dem ersten Sonnenrad 16 und dem ersten Hohlrad 20 kämmen. Ein Stator der ersten Elektromaschine 6 ist an einem stationären Fahrradteil festgesetzt. Ein Rotor der ersten Elektromaschine 6 ist mit einer ersten Motorabtriebswelle 7 permanent drehfest verbunden. Die erste Motorabtriebswelle 7 ist über einen Winkeltrieb 14 mit dem ersten Sonnenrad 16 verbunden. Die erste Motorabtriebswelle 7 ist senkrecht zur Tretkurbelwelle 10 angeordnet.
Der Fahrradantrieb 2 ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment von der Tretkurbelwelle 10 über das erste Planetengetriebe 8 an die Abtriebswelle 12 zu übertragen. Die Tretkurbelwelle 10 ist mit dem ersten Planetenträger 18 permanent drehfest verbunden. Die Abtriebswelle 12 ist mit dem ersten Hohlrad 20 permanent drehfest verbunden.
Der Fahrradantrieb 2 weist ferner eine zweite Elektromaschine 22 auf. Ein Stator der zweiten Elektromaschine 22 ist an einem stationären Fahrradteil festgesetzt. Ein Rotor der zweiten Elektromaschine 22 ist mit einer zweiten Motorabtriebswelle 23 permanent drehfest verbunden. Die zweite Motorabtriebswelle 23 ist koaxial zur Tretkurbelwelle 10 angeordnet und als Hohlwelle ausgebildet. Die Tretkurbelwelle 10 erstreckt sich durch die zweite Motorabtriebswelle 23. Der Fahrradantrieb 2 ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment von der zweiten Elektromaschine 22 über das erste Planetengetriebe 8 an die Abtriebswelle 12 zu übertragen.
Gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die zweite Motorabtriebswelle 23 über ein Vorgelege 24 permanent mit der Tretkurbelwelle 10 mechanisch wirkverbunden. Der Fahrradantrieb 2 ist dazu ausgebildet, ein Drehmoment von der zweiten Elektromaschine 22 über das Vorgelege 24 an das erste Planetengetriebe 8 zu übertragen. Das Vorgelege 24 weist dazu eine erste Stirnradstufe, eine Vorgelegewelle und eine zweite Stirnradstufe auf.
Durch das Antreiben der ersten Motorabtriebswelle 7 kann eine Übersetzung des ersten Planetengetriebes 8 stufenlos verstellt werden. Dadurch kann eine Muskelkraft an der Tretkurbelwelle 10 und eine elektrische Antriebskraft an der zweiten Motorabtriebswelle 23 effizient genutzt werden.
2 zeigt schematisch einen Fahrradantrieb 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zur in 1 gezeigten Ausführungsform des Fahrradantriebs 2 weist der Fahrradantrieb 2 ein zweites Planetengetriebe statt des Vorgeleges 24 auf. Der Fahrradantrieb 2 ist in dieser Ausführungsform dazu ausgebildet, ein Drehmoment von der zweiten Elektromaschine 22 über das zweite Planetengetriebe an das erste Planetengetriebe 8 zu übertragen. Das zweite Planetengetriebe weist einen zweiten Planetenradsatz 26 und einen damit verschachtelten dritten Planetenradsatz 28 auf. Der zweite Planetenradsatz 26 weist ein zweites Sonnenrad 34, einen zweiten Planetenträger 36 und ein zweites Hohlrad 37 auf. Der dritte Planetenradsatz 28 weist ein drittes Sonnenrad 30, einen dritten Planetenträger 32 und ein drittes Hohlrad 33 auf. An dem zweiten Planetenträger 36 sind jeweilige zweite Planetenräder drehbar gelagert, welche mit dem zweiten Sonnenrad 34 und dem zweiten Hohlrad 37 kämmen. An dem dritten Planetenträger 32 sind jeweilige dritte Planetenräder drehbar gelagert, welche mit dem dritten Sonnenrad 30 und dem dritten Hohlrad 33 kämmen. Das zweite Sonnenrad 34 ist mit dem dritten Planetenträger 32 permanent drehfest verbunden. Der zweite Planetenträger 36 ist mit dem ersten Planetenträger 18 permanent drehfest verbunden. Der zweite Planetenträger 36 ist über die Tretkurbelwelle 10 mit dem ersten Planetenträger 18 permanent drehfest verbunden. Das zweite Hohlrad 37 und das dritte Hohlrad 33 sind festgesetzt. Das dritte Sonnenrad 30 ist mit der zweiten Motorabtriebswelle 23 permanent drehfest verbunden.
3 zeigt schematisch einen Fahrradantrieb 2 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Im Unterschied zur in 1 gezeigten Ausführungsform des Fahrradantriebs weist der Fahrradantrieb den vierten Planetenradsatz 38 statt des Vorgeleges 24 auf. Im Unterschied zur in 2 gezeigten Ausführungsform des Fahrradantriebs 2 weist der Fahrradantrieb 2 das zweite Planetengetriebe mit einem vierten Planetenradsatz 38 mit Stufenplanetenrädern 40 statt den zweiten Planetenradsatz 26 und dem dritten Planetenradsatz 28 auf. Der vierte Planetenradsatz 38 weist ein viertes Sonnenrad 41, einen vierten Planetenträger 42, ein viertes Hohlrad 43 und einen Satz von Stufenplanetenrädern 40 auf. Die Stufenplanetenräder 40 sind drehbar an dem vierten Planetenträger 42 gelagert und weisen zwei Verzahnungsbereiche mit unterschiedlichen Wirkdurchmessern auf. Ein erster Verzahnungsbereich kämmt nur mit dem vierten Sonnenrad 41. Ein zweiter Verzahnungsbereich mit im Vergleich zum ersten Verzahnungsbereich kleinerem Wirkdurchmesser kämmt nur mit dem vierten Hohlrad 43. Das vierte Sonnenrad 41 ist mit der zweiten Abtriebswelle 23 permanent drehfest verbunden. Der vierte Planetenträger 42 ist mit dem ersten Planetenträger 18 permanent drehfest verbunden. Der vierte Planetenträger 42 ist über die Tretkurbelwelle 10 mit dem ersten Planetenträger 18 permanent drehfest verbunden. Das vierte Hohlrad 43 ist festgesetzt.
Bezugszeichenliste

2: Fahrradantrieb
3: Pedal
4: Gehäuse
6: erste Elektromaschine
7: erste Motorabtriebswelle
8: erstes Planetengetriebe
10: Tretkurbelwelle
12: Abtriebswelle
14: Winkeltrieb
16: erstes Sonnenrad
18: erster Planetenträger
19: erstes Planetenrad
20: erstes Hohlrad
22: zweite Elektromaschine
23: zweite Motorabtriebswelle
24: Vorgelege
24a: erste Stirnradstufe
24b: Vorgelegewelle
24c: zweite Stirnradstufe
26: zweiter Planetenradsatz
28: dritter Planetenradsatz
30: drittes Sonnenrad
32: dritter Planetenträger
33: drittes Hohlrad
34: zweites Sonnenrad
36: zweiter Planetenträger
37: zweites Hohlrad
38: vierter Planetenradsatz
40: Stufenplanetenräder
41: viertes Sonnenrad
42: vierter Planetenträger
43: viertes Hohlrad

Claims

Elektrisch leistungsverzweigter Fahrradantrieb (2), wobei der Fahrradantrieb (2) eine erste Elektromaschine (6), ein erstes Planetengetriebe (8), eine Tretkurbelwelle (10) und eine Abtriebswelle (12) aufweist, wobei das erste Planetengetriebe (8) ein erstes Sonnenrad (16), einen ersten Planetenträger (18) und ein erstes Hohlrad (20) aufweist, wobei eine erste Motorabtriebswelle (7) der ersten Elektromaschine (6) quer zur Tretkurbelwelle (10) angeordnet ist, wobei der Fahrradantrieb (2) dazu ausgebildet ist, ein Drehmoment von der Tretkurbelwelle (10) über das erste Planetengetriebe (8) an die Abtriebswelle (12) zu übertragen, und wobei die erste Motorabtriebswelle (7) über einen Winkeltrieb (14) mit dem ersten Sonnenrad (16) verbunden ist, wobei der Fahrradantrieb (2) ferner eine zweite Elektromaschine (22) aufweist, wobei eine zweite Motorabtriebswelle (23) der zweiten Elektromaschine (22) koaxial zur Tretkurbelwelle (10) angeordnet ist und wobei der Fahrradantrieb (2) dazu ausgebildet ist, ein Drehmoment von der zweiten Elektromaschine (22) über das erste Planetengetriebe (8) an die Abtriebswelle (12) zu übertragen, und wobei der Fahrradantrieb (2) dazu ausgebildet ist, ein Drehmoment von der zweiten Elektromaschine (22) über die Tretkurbelwelle (10) an das erste Planetengetriebe (8) zu übertragen.
Fahrradantrieb (2) nach Anspruch 1, wobei die Tretkurbelwelle (10) mit dem ersten Planetenträger (18) permanent drehfest verbunden ist und wobei die Abtriebswelle (12) mit dem ersten Hohlrad (20) permanent drehfest verbunden ist.
Fahrradantrieb (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Elektromaschine (22) über ein Vorgelege (24) mit der Tretkurbelwelle (10) permanent mechanisch wirkverbunden ist.
Fahrradantrieb (2) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Fahrradantrieb (2) ferner ein zweites Planetengetriebe aufweist, wobei der Fahrradantrieb (2) dazu ausgebildet ist, ein Drehmoment von der zweiten Elektromaschine (22) über das zweite Planetengetriebe an das erste Planetengetriebe (8) zu übertragen.
Fahrradantrieb (2) nach Anspruch 4, wobei das zweite Planetengetriebe einen zweiten Planetenradsatz (26) und einen dritten Planetenradsatz (28) aufweist, wobei der zweite Planetenradsatz (26) ein zweites Sonnenrad (34), einen zweiten Planetenträger (36) und ein zweites Hohlrad (37) aufweist, wobei der dritte Planetenradsatz (28) ein drittes Sonnenrad (30), einen dritten Planetenträger (32) und ein drittes Hohlrad (33) aufweist, wobei das zweite Sonnenrad (34) mit dem dritten Planetenträger (32) permanent drehfest verbunden ist, wobei der zweite Planetenträger (36) mit dem ersten Planetenträger (18) permanent drehfest verbunden ist, wobei das zweite Hohlrad (37) festgesetzt ist, wobei das dritte Sonnenrad (30) mit der zweiten Motorabtriebswelle (23) permanent drehfest verbunden ist, und wobei das dritte Hohlrad (33) festgesetzt ist.
Fahrradantrieb (2) nach Anspruch 4, wobei das zweite Planetengetriebe einen vierten Planetenradsatz (38) aufweist, wobei der vierte Planetenradsatz (38) ein viertes Sonnenrad (41), einen vierten Planetenträger (42), ein viertes Hohlrad (43) und einen Satz von Stufenplanetenrädern (40) aufweist, wobei das vierte Sonnenrad (41) mit der zweiten Abtriebswelle (23) permanent drehfest verbunden ist, wobei der vierte Planetenträger (42) mit dem ersten Planetenträger (18) permanent drehfest verbunden ist, und wobei das vierte Hohlrad (43) festgesetzt ist.
Fahrradantrieb (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fahrradantrieb (2) ferner ein Freilaufelement aufweist, welches dazu ausgebildet ist, das erste Planetengetriebe (8) zu verblocken.
Fahrradantrieb (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fahrradantrieb (2) ferner eine Freilaufelementbremse aufweist, welche dazu ausgebildet ist, bei deren Betätigung das erste Sonnenrad (16) festzusetzen.
Fahrrad mit einem Fahrradantrieb (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtriebswelle (12) mit einem Laufrad des Fahrrads mechanisch wirkverbindbar ist.