DE102021213502B3

DE102021213502B3 - Fahrradantrieb und Fahrrad

Info

Publication number: DE102021213502B3
Application number: DE102021213502.1A
Authority: DE
Inventors: Daniel Hauff; Marc Sommer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2023-05-25
Anticipated expiration: 2041-12-01
Also published as: WO2023099422A1; TW202323123A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrradantrieb (20) mit einer Elektromaschine (22), welche eine Abtriebswelle (24) aufweist. Der Fahrradantrieb weist zudem ein Planetengetriebe (26) mit einer Getriebeabtriebswelle (36), einem ersten Schaltelement (52) und einem Planetenradsatz auf. Der Planetenradsatz weist ein Sonnenrad (30), einen Planetenträger (32) und ein Hohlrad (34) auf. Die Abtriebswelle (24) ist mit dem Sonnenrad (30) mittels des ersten Schaltelements (52) drehfest verbindbar. Die Abtriebswelle (24) ist mit dem Planetenträger (32) permanent drehfest verbunden. Das Hohlrad (34) ist mit der Getriebeabtriebswelle (36) permanent drehfest verbunden. Zudem betrifft die Erfindung ein Fahrrad mit einem solchen Fahrradantrieb (20).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrradantrieb mit Elektromaschine und einem Planetengetriebe. Zudem betrifft die Erfindung ein Fahrrad mit einem solchen Fahrradantrieb.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Fahrradantriebe mit verschiedenen Getriebekonfigurationen bekannt. Bei Fahrrädern ist es wünschenswert, unterschiedliche Getriebeübersetzungen mit geringem Aufwand und Gewicht bereitstellen zu können, um effizient Fahren zu können. Bei vielen Fahrrädern, wie zum Beispiel Stadträdern, ist eine kostengünstige Gestaltung häufig wichtiger als eine hohe Anzahl verschiedenere Gänge. 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 leicht, kostengünstig und robust sein.
In der DE 10 2015 100 676 B3 ist eine Antriebsbaugruppe für ein Fahrrad mit einem elektrischen Hilfsantrieb beschrieben, welche ein Wellgetriebe aufweist.
Die DE 10 2018 212 433 A1 beschreibt ein Betriebsverfahren für eine Antriebsanordnung, beispielsweise eines Pedelecs.
Die DE 10 2009 045 447 A1 beschreibt einen Hybridantrieb für ein Elektrofahrrad.
Die DE 20 2008 018 341 U1 beschreibt einen Außenläufer-Elektromotor mit Planetengetriebe.
Die DE 10 2016 225 162 A1 beschreibt ein Tretlagergetriebe für ein Fahrrad.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen neuartigen Fahrradantrieb bereitzustellen.
Die DE 10 2021 204 634 B3 beschreibt ein Getriebe für ein Fahrrad.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung ist durch die nebengeordneten unabhängigen Patentansprüche definiert, welche die obige Aufgabe lösen.
Ein erster Aspekt betrifft einen Fahrradantrieb. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, eine Muskelkraft an ein angetriebenes Laufrad des Fahrrads zu übertragen. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, in einem elektrisch antreibbaren Fahrrad, wie einem Pedelec, verbaut zu werden. Der Fahrradantrieb kann in einem Rahmen des Fahrrads verbaut werden, beispielsweise wenigstens teilweise in einem Unterrohr, einem Tretlagergehäuse und alternativ oder zusätzlich in einem Sitzrohr des Fahrrads. Es kann sich ein niedriger Schwerpunkt ergeben. Zudem kann so eine rotierende Masse des Fahrrads, beispielsweise im Vergleich zu einem Fahrradantrieb mit Nabenmotor, besonders klein sein.
Der Fahrradantrieb weist eine Elektromaschine auf. Die Elektromaschine weist eine Abtriebswelle auf. An der Abtriebswelle kann von der Elektromaschine eine motorische Antriebskraft bereitgestellt werden. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, ein Antreiben durch Muskelkraft lediglich zu unterstützen und das Fahrrad nicht alleine anzutreiben. Die Abtriebswelle kann einen Rotor der Elektromaschine ausbilden oder mit diesem drehfest verbunden 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.
Der Fahrradantrieb weist ein Planetengetriebe auf. Das Planetengetriebe weist eine Getriebeabtriebswelle, ein erstes Schaltelement und einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger und einem Hohlrad auf. Das Sonnenrad, der Planetenträger und das Hohlrad können die jeweiligen Drehelemente des Planetenradsatzes bilden. An dem Planetenträger können ein oder mehrere Planetenräder drehbar gelagert sein. Beispielsweise können an dem Planetenträger drei Planetenräder drehbar gelagert sein. Jedes Planetenrad kann beispielsweise mit dem Sonnenrad und dem Hohlrad kämmen. Der Planetenradsatz kann auch mehrere Sätze von drehbar an dem Planetenträger gelagerten Planetenrädern aufweisen, beispielsweise bei einer Konfiguration als Plus-Planetenradsatz. Der Planetenradsatz kann beispielsweise als Minus-Planetenradsatz oder Plus-Planetenradsatz ausgebildet sein. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, ein Drehmoment von der Elektromaschine über das Planetengetriebe an die Getriebeabtriebswelle und alternativ oder zusätzlich ein Laufrad zu übertragen. Das Planetengetriebe wird beispielsweise so betrieben, dass sich insgesamt eine positive Übersetzung ergibt.
Die Getriebeabtriebswelle kann beispielsweise mit einem der Drehelemente permanent oder schaltbar drehfest verbunden sein. Die Getriebeabtriebswelle kann einstückig mit einem der Drehelemente, wie beispielsweise dem Hohlrad, ausgebildet sein. Die Getriebeabtriebswelle kann dazu ausgebildet sein, ein Drehmoment an ein Laufrad des Fahrrads zu übertragen. Beispielsweise kann die Getriebeabtriebswelle mit dem Laufrad mittels einer Kette oder eines Riemens mechanisch wirkverbunden sein. Die Getriebeabtriebswelle kann dafür beispielsweise ein Kettenblatt oder eine Riemenscheibe ausbilden.
Der Planetenradsatz kann beispielsweise koaxial mit der Abtriebswelle der Elektromaschine angeordnet sein. Die Getriebeabtriebswelle kann beispielsweise koaxial mit der Abtriebswelle der Elektromaschine angeordnet sein. Es ergibt sich eine kompakte Anordnung, bei welcher eine Drehmomentübertragung einfach realisiert werden kann.
Das erste Schaltelement kann beispielsweise als formschlüssiges oder reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ein Schaltelement kann durch dessen Betätigung zwei Elemente drehfest miteinander verbinden. Unbetätigt kann dagegen eine Drehmomentübertragung zwischen zwei Elementen über das Schaltelement unterbrochen sein. Ein Schaltelement kann als selbsttätig schaltendes Schaltelement oder aktiv schaltbares Schaltelement ausgebildet sein. Ein aktiv schaltbares Schaltelement kann beispielsweise von einem Benutzer und alternativ oder zusätzlich durch einen Aktuator verstellt werden, um zwischen dessen jeweiligen Schaltzuständen zu wechseln. Für die Betätigung jeweiliger Schaltelemente kann der Fahrradantrieb einen Schalthebel aufweisen. Beispielsweise sperrt ein Freilaufelement als selbsttätig schaltendes Schaltelement in Abhängigkeit von einer relativen Drehrichtung, um zwei Elemente miteinander zu verbinden. Das Freilaufelement stellt also eine besondere Art eines Schaltelements dar.
Das Hohlrad ist mit der Getriebeabtriebswelle permanent drehfest verbunden. Das Hohlrad kann somit einen Ausgang des Getriebes bilden. Die Abtriebswelle ist mit dem Planetenträger permanent drehfest verbunden. Die Elektromaschine kann somit eine Antriebskraft über den Planetenträger in das Getriebe einleiten. Der Planetenträger kann eine Eingangswelle des Planetengetriebes bilden. Die Abtriebswelle ist mit dem Sonnenrad mittels des ersten Schaltelements drehfest verbindbar. Entsprechend kann auch die Antriebskraft über das Sonnenrad in das Getriebe eingeleitet werden. Das Sonnenrad kann schaltbar eine Eingangswelle des Planetengetriebes bilden. Durch das drehfeste Verbinden des Sonnenrads mit der Abtriebswelle und ein Freigeben dieser Verbindung können unterschiedliche Gänge bei dem Planetengetriebe bereitgestellt werden. Durch das drehfeste Verbinden des Sonnenrads mit der Abtriebswelle wird der Planetenradsatz verblockt. In diesem Zustand drehen das Sonnenrad, der Planetenträger und das Hohlrad mit der gleichen Geschwindigkeit, ebenso wie die Abtriebswelle der Elektromaschine und die Getriebeabtriebswelle. Sofern das Sonnenrad nicht drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist, können die Drehelemente relativ zueinander rotieren und so eine andere Übersetzung bereitgestellt werden.
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 eine Verbindung verstanden, bei welcher die beiden Elemente zu allen bestimmungsgemäßen Zuständen des Getriebes im Wesentlichen starr miteinander gekoppelt sind.
Hierunter fällt auch eine reibschlüssige Verbindung, bei welcher es zu einem gewollten oder ungewollten Schlupf kommen kann. Permanent drehfest verbundene Elemente können 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.
Das Planetengetriebe und auch der Fahrradantrieb können beispielsweise nur die hier beschriebenen Elemente aufweisen. Beispielsweise kann das Planetengetriebe und auch der Fahrradantrieb frei von weiteren Drehelementen und alternativ oder zusätzlich Schaltelementen sein.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass das Planetengetriebe dazu ausgebildet ist, eine erste Getriebeübersetzung bereitzustellen, wenn die Abtriebswelle mit dem Sonnenrad mittels des ersten Schaltelements drehfest verbunden ist. Zudem kann das Planetengetriebe dazu ausgebildet sein, eine zweite Getriebeübersetzung bereitzustellen, wenn die Abtriebswelle von dem Sonnenrad mittels des ersten Schaltelements getrennt ist. Der Fahrradantrieb kann beispielsweise nur diese zwei Getriebeübersetzungen bereitstellen. Eine Getriebeübersetzung kann einem festen Verhältnis von Eingangsdrehzahl zu Ausgangsdrehzahl entsprechen. Optional kann der Fahrradantrieb zusätzlich dazu ausgebildet sein, einen Leerlauf bereitzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass das erste Schaltelement als Freilaufelement ausgebildet ist. Dadurch kann das erste Schaltelement die drehfeste Verbindung zwischen der Abtriebswelle in bestimmten Zuständen des Fahrantriebs selbsttätig herstellen und trennen. Das erste Schaltelement kann als schaltbares Freilaufelement ausgebildet sein. Dadurch kann die drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad und der Abtriebswelle unabhängig von einem Zustand des Fahrantriebs, wie einer relativen Drehung des Sonnenrads zu der Abtriebswelle, hergestellt werden. Dadurch, dass das erste Schaltelement selbsttätig schaltend ausgebildet ist, kann auf ein Abstimmen einer Betätigung des ersten Schaltelements mit weiteren Schaltelementen des Planetengetriebes gegebenenfalls verzichtet werden. Dadurch kann der Fahrradantrieb besonders einfach und kostengünstig sein.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass die Abtriebswelle mit dem ersten Schaltelement mittels einer Verzahnung permanent drehfest verbunden ist. Es ergibt sich eine kompakte und robuste permanente drehfeste Verbindung. Beispielsweise kann die Abtriebswelle der Elektromaschine eine Außenverzahnung wenigstens in einem axialen Teilbereich aufweisen, mit welcher eine Innenverzahnung des ersten Schaltelements eingreift.
Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Planetengetriebe ein zweites Schaltelement aufweist. Dadurch können weitere Schaltzustände bei dem Planetengetriebe ermöglicht werden. Das Sonnenrad ist mittels des zweiten Schaltelements festsetzbar. Ein festgesetztes Drehelement ist beispielsweise mit einem stationären Bauteil, wie einem Gehäuse, drehfest verbunden. Ein festgesetztes Drehelement kann durch die Rotation anderer Drehelemente des Planetenradsatzes nicht mehr in Rotation versetzt werden. Dadurch kann bei geöffnetem erstem Schaltelement ein Zustand hergestellt werden, bei welchem die Planetenräder an dem Sonnenrad abrollen und das Hohlrad antreiben. Das Hohlrad dreht sich somit schneller als der Planetenträger. So kann eine höhere Übersetzung bereitgestellt werden. Die Abtriebswelle überholt dabei das Sonnenrad. Sofern das erste Schaltelement als Freilaufelement ausgebildet ist, wechselt das Freilaufelement selbsttätig von dem Sperrrichtungszustand in einen Überholtriebzustand. Die Abtriebswelle und das Sonnenrad werden so selbsttätig entkoppelt und der Planetenradsatz ist nicht mehr verblockt. Mit einfachen Mitteln können so kompakt zwei Gänge für ein Pedelec bereitgestellt werden, wobei eine Schaltung zum Gangwechsel einfach realisiert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass die Elektromaschine ein Elektromaschinengehäuse aufweist. In dem Elektromaschinengehäuse kann beispielsweise ein Stator und auch weitere Elektrokomponenten der Elektromaschine geschützt aufgenommen sein. Das Elektromaschinengehäuse kann wenigstens in einem Teilbereich rund ausgebildet sein. An diesem Teilbereich kann das Planetengetriebe radial außen wenigstens teilweise gelagert sein. Das Planetengetriebe kann so einfach auf die Elektromaschine aufgesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Fahrradantrieb ein Planetengetriebegehäuse aufweisen. Das Planetengetriebegehäuse und das Elektromaschinengehäuse können auch ein gemeinsames Gehäuse bilden. Ein Gehäuse des Planetengetriebes kann beispielsweise durch ein Hohlrad oder ein dazu separates Bauteil gebildet sein.
Beispielsweise kann das Hohlrad an dem Elektromaschinengehäuse drehbar gelagert sein. Das Hohlrad kann mittels eines Wälzlagers an dem Elektromaschinengehäuse drehbar gelagert sein. Das Hohlrad kann beispielsweise radial außenseitig an dem Elektromaschinengehäuse gelagert sein. Das Wälzlager kann beispielsweise als Rollenlager ausgebildet sein. Durch das Lagern des Hohlrads an dem Elektromaschinengehäuse kann der Fahrradantrieb als Baugruppe weitestgehend unabhängig von einer Gestaltung des Fahrradrahmens bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Hohlrad an dem Fahrradrahmen gelagert sein, beispielsweise radial innenseitig an einem Tretlagergehäuse und alternativ oder zusätzlich einer Motorhalterung. Dadurch kann das Hohlrad zusätzlich das Planetengetriebe und alternativ oder zusätzlich die Elektromaschine abstützen.
Das Sonnenrad kann mittels des zweiten Schaltelements an dem Elektromaschinengehäuse festsetzbar sein. Dadurch kann der Fahrradantrieb als Baugruppe weitestgehend unabhängig von einer Gestaltung des Fahrradrahmens bereitgestellt werden. Alternativ kann das Sonnenrad mittels des zweiten Schaltelements beispielsweise an einem stationären Bauteil des Fahrradrahmens oder einem Gehäuse des Planetengetriebes festsetzbar sein.
Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Fahrradantrieb eine Dichtscheibe aufweist. Die Dichtscheibe ist zwischen dem Elektromaschinengehäuse und dem Hohlrad angeordnet, beispielsweise radial innerhalb des Hohlrads. Die Dichtscheibe kann den Planetenradsatz und auch insgesamt das Planetengetriebe vor Staub und Wasser schützen, indem beispielsweise ein Innenraum und alternativ oder zusätzlich das Wälzlager zum Lagern des Hohlrads an dem Elektromaschinengehäuse abgedichtet wird.
Die Dichtscheibe kann den Planetenradsatz auf einer axial zur Getriebeabtriebswelle abgewandten Seite abdichten, was eine der Elektromaschine axial zugewandte Seite sein kann. Der Planetenradsatz und auch insgesamt das Planetengetriebe können auf einer axial der Dichtscheibe abgewandten Seite durch ein Drehelement, wie beispielsweise das Hohlrad, und alternativ oder zusätzlich die Getriebeabtriebswelle, abgedichtet sein. Es kann sich ein im Wesentlichen abgeschlossener Innenraum für das Planetengetriebe ergeben, Beispielsweise können die Dichtscheibe, das Elektromaschinengehäuse, das Hohlrad und die Getriebeabtriebswelle einen Innenraum für den Planetenradsatz definieren und diesen vor Staub und Wasser schützen.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass der Fahrradantrieb eine Tretkurbelwelle aufweist, wobei ein Drehmoment von der Tretkurbelwelle an die Getriebeabtriebswelle übertragbar ist. Die Tretkurbelwelle kann sich beispielsweise quer komplett durch den Fahrradantrieb erstrecken. Die Tretkurbelwelle kann dazu ausgebildet sein, eine Muskelkraft an die Getriebeabtriebswelle 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 Getriebeabtriebswelle kann dazu ausgebildet sein, die Muskelkraft an wenigstens ein Laufrad des Fahrrads zu übertragen.
Die Tretkurbelwelle kann mit der Abtriebswelle der Elektromaschine zur Drehmomentübertragung an die Getriebeabtriebswelle verbunden sein, beispielsweise permanent drehfest oder mittels eines weiteren Freilaufelements. Die Tretkurbelwelle kann auch unter Umgehung des Planetengetriebes mit der Getriebeabtriebswelle verbunden sein, beispielsweise permanent drehfest oder mittels eines weiteren Freilaufelements. Die Tretkurbelwelle kann auch mit der Getriebeabtriebswelle mechanisch wirkverbunden sein, beispielsweise permanent oder schaltbar mittels einer Stirnradstufe.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass sich die Tretkurbelwelle durch das Planetengetriebe und die Elektromaschine hindurch erstreckt. Dadurch kann der Fahrradantrieb als Mittelmotor bei einem Pedelec eingesetzt werden. Jeweilige drehende Massen des Fahrrads können so besonders gering sein.
Der Fahrradantrieb eignet sich so besonders gut für Stadträder und Falträder. Die Tretkurbelwelle kann beispielsweise koaxial mit der Abtriebswelle der Elektromaschine und alternativ oder zusätzlich dem Planetenradsatz angeordnet sein.
Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Planetengetriebe ein drittes Schaltelement aufweist. Das dritte Schaltelement ist als Freilaufelement ausgebildet. Das als Freilaufelement ausgebildete dritte Schaltelement kann beispielsweise genauso orientiert sein, wie das als Freilaufelement ausgebildete erste Schaltelement. Das Sonnenrad ist mit dem Hohlrad mittels des dritten Schaltelements drehfest verbindbar. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Verblockungsmöglichkeit für den Planetenradsatz. Zudem kann so das erste Schaltelement bei der Verblockung des Planetenradsatzes unterstützt und damit entlastet werden. Das Planetengetriebe kann so besonders robust sein. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Schaltelement so besonders klein sein.
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 Getriebeabtriebswelle kann mit dem Laufrad mechanisch wirkverbindbar sein, insbesondere permanent mechanisch wirkverbunden, sein. Beispielsweise kann die Abtriebswelle über eine Kette oder alternativ über einen Riemen mit dem Laufrad mechanisch wirkverbindbar sein. In dem Laufrad kann beispielsweise ein weiteres Freilaufelement vorgesehen sein, damit das Fahrrad ohne Bewegen des Fahrradantriebs rollen kann.
Figurenliste

1 zeigt schematisch einen Fahrradantrieb in einer Seitenansicht, wobei ein Planetengetriebe des Fahrradantriebs geschnitten dargestellt ist.
2 zeigt schematisch den Fahrradantrieb gemäß 1 in einer Perspektivansicht.
3 zeigt schematisch den Fahrradantrieb gemäß 1 in der Perspektivansicht von 2, wobei eine Getriebeabtriebswelle nicht dargestellt ist.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt schematisch einen Fahrradantrieb 20 in einer Seitenansicht. Der Fahrradantrieb 20 weist eine Elektromaschine 22 mit einer Abtriebswelle 24 auf. Zudem weist der Fahrradantrieb 20 ein Planetengetriebe 26 und eine Tretkurbelwelle 28 auf. Die Tretkurbelwelle 28 erstreckt sich quer koaxial zu der Abtriebswelle 24 und dem Planetengetriebe 26 durch die Elektromaschine 22 und das Planetengetriebe 26 hindurch.
Das Planetengetriebe 26 weist einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad 30, einem Planetenträger 32 und einem Hohlrad 34 auf. An dem Planetenträger 32 ist ein Satz aus drei Planetenrädern 48 drehbar gelagert. Die Planetenräder 48 kämmen jeweils mit dem Sonnenrad 30 und dem Hohlrad 34, was besonders gut in 3 zu erkennen ist.
Mit dem Hohlrad 34 ist eine Getriebeabtriebswelle 36 axial an einer der Elektromaschine 22 abgewandten Seite permanent drehfest verbunden. Die Getriebeabtriebswelle 36 bildet radial außenseitig eine Verzahnung 50 aus, was gut in 2 zu erkennen ist. Mit dieser Verzahnung kann ein Riemen eingreifen, mittels welchem die Getriebeabtriebswelle 36 mit einem Laufrad des Fahrrads mechanisch wirkverbunden wird.
Die Abtriebswelle 24 weist radial außen eine Verzahnung auf. Mit dieser Verzahnung greift eine radial innere Verzahnung eines als Klinkenfreilauf ausgebildeten ersten Schaltelements 52 des Planetengetriebes 26 ein. Die Abtriebswelle 24 ist so mittels des ersten Schaltelements 52 mit dem Sonnenrad 30 drehfest verbindbar. Mittels des Klinkenfreilaufs als Freilaufelement ist die Getriebeabtriebswelle 36 in Abhängigkeit von der relativen Drehrichtung mit dem Sonnenrad 30 drehfest verbindbar. Zudem ist die Abtriebswelle 24 mit dem Planetenträger 32 permanent drehfest verbunden. So kann ein Drehmoment von der Elektromaschine 22 in das Planetengetriebe 26 eingeleitet werden. Das Planetengetriebe 26 weist ein Wälzlager 38 auf, mittels welchem das Hohlrad 34 an einem Elektromaschinengehäuse 40 der Elektromaschine 22 gelagert ist.
Das Planetengetriebe 26 weist ein zweites Schaltelement auf. Das Sonnenrad 30 ist mittels des zweiten Schaltelements an dem Elektromaschinengehäuse 40 festsetzbar. Sofern das Sonnenrad 30 nicht an dem Elektromaschinengehäuse 40 festgesetzt ist und eine Antriebskraft durch die Elektromaschine 22 bereitgestellt wird, befindet sich das erste Schaltelement 52 in einem Sperrrichtungszustand. Der Planetenradsatz ist entsprechend verblockt, wodurch ein erster Gang als Getriebeübersetzung bereitgestellt wird. Sofern das Sonnenrad 30 mittels des zweiten Schaltelements festgesetzt ist, kann weiterhin die Abtriebswelle 24 von der Elektromaschine 22 angetrieben werden. Die Abtriebswelle 24 überholt dann das Sonnenrad 30 und das erste Schaltelement 52 wechselt selbsttätig von dem Sperrrichtungszustand in einen Überholtriebzustand. Der Planetenradsatz ist dann entsprechend nicht mehr verblockt. Die Planetenräder 48 rollen dann an dem Sonnenrad 30 ab und treiben das Hohlrad 34 an. Das Hohlrad 34 dreht sich somit schneller als der Planetenträger 32. So kann ein zweiter Gang mit einer höheren Übersetzung als beim ersten Gang als Getriebeübersetzung bereitgestellt werden.
Das Planetengetriebe 26 ist auf seiner der Getriebeabtriebswelle 36 abgewandten Seite durch eine Dichtscheibe 44 abgedichtet. Die Dichtscheibe 44 erstreckt sich dabei radial zwischen dem Elektromaschinengehäuse 40 und dem Hohlrad 34. Dadurch wird das Wälzlager 38 dort abgedichtet und somit auch das Planetengetriebe 26. Auf der axial entgegengesetzten Seite ist das Planetengetriebe 26 durch die Getriebeabtriebswelle 36 und einen Deckel 46 abgeschlossen. Der Deckel 46 dient in der gezeigten Ausführungsform auch zur Befestigung des Planetengetriebes 26 an der Elektromaschine 22.
Zusätzlich weist das Planetengetriebe 26 ein drittes Schaltelement 60 in Form eines Freilaufelements aus. Mittels des dritten Schaltelements 60 ist das Sonnenrad 30 mit dem Hohlrad 34 drehfest verbindbar. Dadurch wird das erste Schaltelement 52 beim Verblocken des Planetenradsatzes unterstützt. In einer anderen Ausführungsform entfällt das dritte Schaltelement 60.
Bezugszeichenliste

20: Fahrradantrieb
22: Elektromaschine
24: Abtriebswelle
26: Planetengetriebe
28: Tretkurbelwelle
30: Sonnenrad
32: Planetenträger
34: Hohlrad
36: Getriebeabtriebswelle
38: erstes Wälzlager
40: Elektromaschinengehäuse
44: Dichtscheibe
46: Deckel
48: Planetenräder
50: Verzahnung
52: erstes Schaltelement
60: drittes Schaltelement

Claims

Fahrradantrieb (20) mit einer Elektromaschine (22), welche eine Abtriebswelle (24) aufweist, und ein Planetengetriebe (26), welches eine Getriebeabtriebswelle (36), ein erstes Schaltelement (52) und einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad (30), einem Planetenträger (32) und einem Hohlrad (34) aufweist, wobei die Abtriebswelle (24) mit dem Sonnenrad (30) mittels des ersten Schaltelements (52) drehfest verbindbar ist, die Abtriebswelle (24) mit dem Planetenträger (32) permanent drehfest verbunden ist und das Hohlrad (34) mit der Getriebeabtriebswelle (36) permanent drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (26) ein zweites Schaltelement aufweist, wobei das Sonnenrad (30) mittels des zweiten Schaltelements festsetzbar ist und dass der Fahrradantrieb (20) eine Dichtscheibe (44) aufweist, welche zwischen dem Elektromaschinengehäuse (40) und dem Hohlrad (34) angeordnet ist.
Fahrradantrieb (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (26) ein drittes Schaltelement (60) aufweist, wobei das dritte Schaltelement (60) als Freilaufelement ausgebildet ist und wobei das Sonnenrad (30) mit dem Hohlrad (34) mittels des dritten Schaltelements drehfest verbindbar ist.
Fahrradantrieb (20) mit einer Elektromaschine (22), welche eine Abtriebswelle (24) aufweist, und ein Planetengetriebe (26), welches eine Getriebeabtriebswelle (36), ein erstes Schaltelement (52) und einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad (30), einem Planetenträger (32) und einem Hohlrad (34) aufweist, wobei die Abtriebswelle (24) mit dem Sonnenrad (30) mittels des ersten Schaltelements (52) drehfest verbindbar ist, die Abtriebswelle (24) mit dem Planetenträger (32) permanent drehfest verbunden ist und das Hohlrad (34) mit der Getriebeabtriebswelle (36) permanent drehfest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (26) ein zweites Schaltelement aufweist, wobei das Sonnenrad (30) mittels des zweiten Schaltelements festsetzbar ist und dass das Planetengetriebe (26) ein drittes Schaltelement (60) aufweist, wobei das dritte Schaltelement (60) als Freilaufelement ausgebildet ist und wobei das Sonnenrad (30) mit dem Hohlrad (34) mittels des dritten Schaltelements drehfest verbindbar ist.
Fahrradantrieb (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (26) dazu ausgebildet ist, eine erste Getriebeübersetzung bereitzustellen, wenn die Abtriebswelle (24) mit dem Sonnenrad (30) mittels des ersten Schaltelements (52) drehfest verbunden ist und eine zweite Getriebeübersetzung bereitzustellen, wenn die Abtriebswelle (24) von dem Sonnenrad (30) mittels des ersten Schaltelements (52) getrennt ist.
Fahrradantrieb (20) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (52) als schaltbares Freilaufelement ausgebildet ist.
Fahrradantrieb (20) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (26) ein zweites Schaltelement aufweist, wobei das Sonnenrad (30) mittels des zweiten Schaltelements festsetzbar ist.
Fahrradantrieb (20) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (22) ein Elektromaschinengehäuse (40) aufweist und das Hohlrad (34) an dem Elektromaschinengehäuse (40) drehbar gelagert ist.
Fahrradantrieb (20) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrradantrieb (20) eine Tretkurbelwelle (28) aufweist, wobei ein Drehmoment von der Tretkurbelwelle (28) an die Getriebeabtriebswelle (36) übertragbar ist.
Fahrradantrieb (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tretkurbelwelle (28) durch das Planetengetriebe (26) und die Elektromaschine (22) hindurch erstreckt.
Fahrradantrieb (20) nach Anspruch 4 oder einem der vorgehenden Ansprüche 5 bis 9 in deren Rückbezug auf Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (24) mit dem ersten Schaltelement (52) mittels einer Verzahnung (50) permanent drehfest verbunden ist.
Fahrradantrieb (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrradantrieb (20) eine Dichtscheibe (44) aufweist, welche zwischen dem Elektromaschinengehäuse (40) und dem Hohlrad (34) angeordnet ist.
Fahrrad mit einem Fahrradantrieb (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Getriebeabtriebswelle (36) mit einem Laufrad des Fahrrads mechanisch wirkverbindbar ist.