DE102022209675B3

DE102022209675B3 - Drive device for a vehicle and vehicle with this drive device

Info

Publication number: DE102022209675B3
Application number: DE102022209675.4A
Authority: DE
Inventors: Fabian Kutter; Johannes Kaltenbach; Philipp Rechenbach; Uwe Griesmeier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-09-15
Filing date: 2022-09-15
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2042-09-16

Abstract

Es ist eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gezeigt, wobei die Antriebseinrichtung eine Kurbeleinrichtung (2) zur Aufnahme einer Muskelkraft, ein Überlagerungsgetriebe (4) zur Übertragung der Muskelkraft auf ein Abtriebsrad (6), eine elektrische Maschine (8) und einen Freilauf (11) aufweist. Das Überlagerungsgetriebe (4) ist als Planetensatz mit mindestens einem ersten Eingangselement (12; 14), mit mindestens einem zweiten Eingangselement (26; 20; 28) und mit mindestens einem Ausgangselement (16; 17; 18) ausgebildet. Die elektrische Maschine (8) ist über den Freilauf (11) mit dem ersten Eingangselement (12; 14) koppelbar. Der Freilauf (11) ist im Kraftübertragungspfad zwischen der elektrischen Maschine (8) und dem ersten Eingangselement (12; 14) so angeordnet, dass eine Kraftübertragung von der elektrischen Maschine (8) zu dem ersten Eingangselement (12; 14) nur in einer relativen Drehrichtung der elektrischen Maschine (8) zu dem ersten Eingangselement (12; 14) möglich ist. Ferner ist ein Fahrzeug vorgesehen, dass eine derartige Antriebseinrichtung aufweist.A drive device for a vehicle is shown, wherein the drive device has a crank device (2) for absorbing muscle power, a superposition gear (4) for transmitting the muscle power to a driven wheel (6), an electric machine (8) and a freewheel (11). having. The superposition gear (4) is designed as a planetary gear set with at least one first input element (12; 14), with at least one second input element (26; 20; 28) and with at least one output element (16; 17; 18). The electric machine (8) can be coupled to the first input element (12; 14) via the freewheel (11). The freewheel (11) is arranged in the power transmission path between the electrical machine (8) and the first input element (12; 14) in such a way that power transmission from the electrical machine (8) to the first input element (12; 14) only takes place in a relative manner Direction of rotation of the electrical machine (8) to the first input element (12; 14) is possible. Furthermore, a vehicle is provided that has such a drive device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug, bei dem eine Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs zumindest zeitweise durch eine Muskelkraft eines Fahrers des Fahrzeugs erzeugt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, das mit einer derartigen Antriebseinrichtung ausgestattet ist.The present invention relates to a drive device for a vehicle, in which a driving force for driving the vehicle is generated at least temporarily by muscle power of a driver of the vehicle. The present invention further relates to a vehicle that is equipped with such a drive device.

Die Dokumente US 2017 / 0 001 686 A1 und US 2016 / 0 318 577 A1 offenbaren jeweils eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug, bei dem eine durch Muskelkraft eingeleitete Antriebskraft durch eine elektrische Antriebsmaschine unterstützt werden kann. Bei diesen Antriebseinrichtungen ist jeweils ein Stufenplanetengetriebe zur Überlagerung der durch Muskelkraft herbeigeführten Antriebskraft und der Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine vorgesehen.The documents US 2017 / 0 001 686 A1 and US 2016 / 0 318 577 A1 each disclose a drive device for a vehicle in which a driving force initiated by muscle power can be supported by an electric drive machine. In these drive devices, a stepped planetary gear is provided for superimposing the driving force caused by muscle power and the driving force of the electric drive machine.

DE 10 2017 219 606 A1 zeigt ein Getriebe für ein Fahrrad, das eine elektrische Maschine und einen Planetenradsatz aufweist, wobei ein erstes Radsatzelement des Planetenradsatzes mit einer elektrischen Maschine wirkverbunden ist, ein zweites Radsatzelement des Planetenradsatzes mit der Ausgangswelle drehfest verbunden ist und ein drittes Radsatzelement des Planetenradsatzes mit der Eingangswelle drehfest verbunden ist, und einen anderen Planetenradsatz und ein Schaltelement, wobei ein erstes anderes Radsatzelement des anderen Planetenradsatzes mit der Ausgangswelle drehfest verbunden ist, ein zweites anderes Radsatzelement des anderen Planetenradsatzes mit der Eingangswelle drehfest verbunden ist und ein drittes anderes Radsatzelement des anderen Planetenradsatzes mittels des Schaltelements mit einem Gehäuse drehfest verbindbar ist. DE 10 2017 219 606 A1 shows a transmission for a bicycle that has an electric machine and a planetary gear set, wherein a first gear set element of the planetary gear set is operatively connected to an electric machine, a second gear set element of the planetary gear set is non-rotatably connected to the output shaft and a third gear set element of the planetary gear set is non-rotatably connected to the input shaft is connected, and another planetary gear set and a switching element, wherein a first other gear set element of the other planetary gear set is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft, a second other gear set element of the other planetary gear set is connected in a rotationally fixed manner with the input shaft and a third other gear set element of the other planetary gear set is connected in a rotationally fixed manner by means of the switching element can be connected in a rotationally fixed manner to a housing.

DE 10 2016 225 141 A1 zeigt ein Getriebe für ein Fahrrad mit einem Planetensatz, einer elektrischen Maschine, und einem Schaltgetriebe, das eine Schaltgetriebeeingangswelle aufweist. Bei dem Getriebe ist ein Sonnenrad des Planetensatzes mit einer elektrischen Maschine wirkverbunden oder wirkverbindbar ist, ein Steg des Planetensatzes mit einer Tretlagerkurbelwelle drehfest verbindbar ist und ein Hohlrad des Planetensatzes mit der Schaltgetriebeeingangswelle drehfest verbunden ist. Der Planetensatz ist dem Schaltgetriebe triebtechnisch vorgeschaltet. Der Planetensatz dient dabei als Überlagerungsgetriebe in dem eine Überlagerung des durch die elektrische Maschine bereitgestellten Drehmoments und des durch die Tretlagerkurbelwelle bereitgestellten Drehmoments erfolgt. DE 10 2016 225 141 A1 shows a transmission for a bicycle with a planetary gear set, an electric machine, and a manual transmission that has a manual transmission input shaft. In the transmission, a sun gear of the planetary set is operatively connected or can be operatively connected to an electric machine, a web of the planetary gearset is rotatably connected to a bottom bracket crankshaft and a ring gear of the planetary gearset is rotatably connected to the manual transmission input shaft. The planetary gear set is installed upstream of the gearbox in terms of drive technology. The planetary gear set serves as a superposition gear in which the torque provided by the electric machine and the torque provided by the bottom bracket crankshaft are superimposed.

Die nachveröffentlichte Druckschrift DE 10 2021 212 131 B3 zeigt einen Fahrradantrieb mit einem elektrisch leistungsverzweigten stufenlosen Getriebe. Das Getriebe weist eine erste Elektromaschine, ein erstes Planetengetriebe, eine Tretkurbelwelle und eine Abtriebswelle auf.The subsequently published publication DE 10 2021 212 131 B3 shows a bicycle drive with an electrically power-split continuously variable transmission. The transmission has a first electric machine, a first planetary gear, a pedal crankshaft and an output shaft.

EP 3 188 957 B1 zeigt einen Antriebsstrang für ein Fahrrad, der einen ersten und einen zweiten Motor sowie ein Planetengetriebe mit einem Planetenträger, einem Hohlrad und einem Sonnenrad umfasst. Der Antriebsstrang ist in der Lage, elektrische Unterstützung proportional zur Pedalleistung bereitzustellen. EP 3 188 957 B1 shows a drive train for a bicycle, which includes a first and a second motor and a planetary gear with a planet carrier, a ring gear and a sun gear. The drivetrain is capable of providing electrical assistance proportional to pedal power.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Antriebseinrichtung mit Überlagerungsgetriebe für ein Fahrzeug bereitzustellen, bei dem eine Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs zumindest zeitweise durch eine Muskelkraft eines Fahrers des Fahrzeugs erzeugt wird. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.It is therefore an object of the present invention to provide an improved drive device with a superposition gear for a vehicle, in which a driving force for driving the vehicle is generated at least temporarily by muscle power of a driver of the vehicle. This task is solved by the objects with the features of the independent patent claims. Advantageous and claimed further developments result from the subclaims and the description as well as the drawings.

Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug. Das Fahrzeug kann ein Zweirad, wie z. B. ein (S-)Pedelec oder E-Bike sein. Alternativ kann das Fahrzeug auch mehr als zwei Räder aufweisen, beispielsweise in einer Ausformung als Cargobike, Velomobil o. ä.In a first aspect, the present invention relates to a drive device for a vehicle. The vehicle can be a two-wheeler, such as. B. be an (S-)Pedelec or e-bike. Alternatively, the vehicle can also have more than two wheels, for example in the form of a cargo bike, velomobile or similar.

Die Antriebseinrichtung weist eine Kurbeleinrichtung zur Aufnahme einer Muskelkraft auf. Die Kurbeleinrichtung kann eine Kurbelwelle aufweisen, die beidseitig entsprechende Kurbelarme tragen kann. Über die Kurbelarme mit daran angebrachten Pedalen kann eine durch Muskelkraft erzeugte Antriebskraft auf die Kurbelwelle aufgebracht werden.The drive device has a crank device for absorbing muscle power. The crank device can have a crankshaft which can carry corresponding crank arms on both sides. A driving force generated by muscle power can be applied to the crankshaft via the crank arms with attached pedals.

Die Antriebseinrichtung weist ferner ein Überlagerungsgetriebe zur Übertragung der Muskelkraft auf ein Abtriebsrad, über das eine Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs abgegeben wird, auf. Das Abtriebsrad kann beispielsweise ein Kettenblatt sein. Beispielsweise kann die Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs über das Abtriebsrad und eine Kette auf ein hinteres Rad des Fahrzeugs abgegeben werden. Die Antriebseinrichtung weist ferner eine elektrische Maschine, beispielsweise einen Elektromotor, auf. Die Antriebseinrichtung weist ferner ein am Fahrzeug montierbares Gehäuse zur zumindest teilweisen Aufnahme von Elementen der Antriebseinrichtung auf. Die Antriebseinrichtung weist einen Freilauf auf, beispielsweise einen Sperrklinkenfreilauf oder einen Klemmkörperfreilauf.The drive device also has a superposition gear for transmitting the muscle power to a driven wheel, via which a driving force for driving the vehicle is output. The driven wheel can be, for example, a chainring. For example, the driving force for driving the vehicle can be delivered to a rear wheel of the vehicle via the driven wheel and a chain. The drive device also has an electrical machine, for example an electric motor. The drive device also has a housing that can be mounted on the vehicle for at least partially accommodating elements of the drive device. The drive device has a freewheel, for example a pawl freewheel or a sprag freewheel.

Das Überlagerungsgetriebe ist als Planetensatz mit mindestens einem ersten Eingangselement, mit mindestens einem zweiten Eingangselement und mit mindestens einem Ausgangselement ausgebildet. Das Überlagerungsgetriebe kann als Planetensatz mit genau einem ersten Eingangselement, mit genau einem zweiten Eingangselement und mit genau einem Ausgangselement ausgebildet sein. Die elektrische Maschine ist über den Freilauf mit dem ersten Eingangselement koppelbar. Die Kurbeleinrichtung ist mit dem zweiten Eingangselement gekoppelt. Das Ausgangselement ist mit dem Abtriebsrad gekoppelt. Das erste Eingangselement kann in diesem Zusammenhang ein Element des Überlagerungsgetriebes sein, das zur Einleitung einer Antriebskraft der elektrischen Maschine geeignet sein kann. Das zweite Eingangselement kann in diesem Zusammenhang ein Element des Überlagerungsgetriebes sein, das zur Einleitung der Muskelkraft geeignet sein kann. Zusätzlich kann das zweite Eingangselement in diesem Zusammenhang ein Element des Überlagerungsgetriebes sein, das zur Ausleitung einer Kraft des Überlagerungsgetriebes an die Kurbeleinrichtung geeignet sein kann. Das Ausgangselement kann in diesem Zusammenhang ein Element des Überlagerungsgetriebes sein, das zur Ausleitung der Antriebskraft des Überlagerungsgetriebes an das Abtriebsrad geeignet sein kann.The superposition gear is designed as a planetary gear set with at least a first input element, formed with at least one second input element and with at least one output element. The superposition gear can be designed as a planetary gear set with exactly one first input element, with exactly one second input element and with exactly one output element. The electric machine can be coupled to the first input element via the freewheel. The crank device is coupled to the second input element. The output element is coupled to the driven gear. In this context, the first input element can be an element of the superposition gear, which can be suitable for introducing a driving force of the electric machine. In this context, the second input element can be an element of the superposition gear, which can be suitable for introducing muscle power. In addition, the second input element in this context can be an element of the superposition gear, which can be suitable for transferring a force from the superposition gear to the crank device. In this context, the output element can be an element of the superposition gear, which can be suitable for transferring the driving force of the superposition gear to the driven gear.

Das Überlagerungsgetriebe weist ein Stufenplanetenrad auf. Das Stufenplanetenrad kann ein Planetenrad mit großem Durchmesser und ein damit gekoppeltes Planetenrad mit kleinem Durchmesser aufweisen. Das Überlagerungsgetriebe kann ferner ein Hohlrad mit großem Durchmesser, das mit dem Planetenrad mit großem Durchmesser eingreift, und ein Hohlrad mit kleinem Durchmesser aufweisen, das mit dem Planetenrad mit kleinem Durchmesser eingreift. Dabei kann das Stufenplanetenrad zwei miteinander gekoppelte Planetenräder aufweisen, die unterschiedliche wirksame Durchmesser aufweisen. Ein Stufenplanetensteg kann die Stufenplanetenräder drehbar und auf einer Umlaufbahn um eine Symmetrieachse des Überlagerungsgetriebes bewegbar halten. Der Stufenplanetensteg kann dabei jede Form annehmen, solange dieser geeignet ist, um das Stufenplanetenrad drehbar zu halten und gleichzeitig das Stufenplanetenrad auf einer Umlaufbahn um die Symmetrieachse des Überlagerungsgetriebes bewegbar zu halten. Dabei kann ein Planetenrad mit großem Durchmesser vorgesehen sein, dessen wirksamer Durchmesser größer als derjenige des weiteren Planetenrads ist, dessen wirksamer Durchmesser entsprechend kleiner als derjenige des Planetenrads mit großem Durchmesser ist. Entsprechend können zwei Hohlräder vorgesehen sein, die unterschiedliche wirksame Durchmesser aufweisen. Dabei ist ein Hohlrad mit großem Durchmesser vorgesehen, dessen wirksamer Durchmesser größer als derjenige des weiteren Hohlrads ist, das entsprechend einen kleineren Durchmesser als das Hohlrad mit großem Durchmesser aufweist. Die Hohlräder können jeweils eine Innenverzahnung aufweisen. Die Innenverzahnung der Hohlräder kann mit entsprechenden Außenverzahnungen der Planetenräder zur Kraftübertragung eingreifen. Das Stufenplanetenrad kann drehbar gelagert sein, so dass sich das Planetenrad mit großem Durchmesser und das Planetenrad mit kleinem Durchmesser mit derselben Drehzahl drehen. Die Hohlräder können im Betrieb des Überlagerungsgetriebes mit einer voneinander abweichenden Drehzahl gedreht werden.The superposition gear has a stepped planetary gear. The stepped planetary gear may include a large diameter planetary gear and a small diameter planetary gear coupled thereto. The superposition gear may further include a large-diameter ring gear that meshes with the large-diameter planetary gear and a small-diameter ring gear that meshes with the small-diameter planetary gear. The stepped planetary gear can have two planetary gears that are coupled to one another and have different effective diameters. A stepped planetary web can keep the stepped planetary gears rotatable and movable in an orbit about an axis of symmetry of the superposition gear. The stepped planetary web can take any shape as long as it is suitable for keeping the stepped planetary gear rotatable and at the same time keeping the stepped planetary gear movable in an orbit around the axis of symmetry of the superposition gear. A planetary gear with a large diameter can be provided, the effective diameter of which is larger than that of the further planetary gear, whose effective diameter is correspondingly smaller than that of the planetary gear with a large diameter. Accordingly, two ring gears can be provided which have different effective diameters. A ring gear with a large diameter is provided, the effective diameter of which is larger than that of the further ring gear, which correspondingly has a smaller diameter than the ring gear with a large diameter. The ring gears can each have internal teeth. The internal teeth of the ring gears can engage with corresponding external teeth of the planetary gears to transmit power. The stepped planet gear may be rotatably mounted so that the large diameter planet gear and the small diameter planet gear rotate at the same speed. The ring gears can be rotated at a different speed during operation of the superposition gear.

Das Überlagerungsgetriebe ist bezüglich des Gehäuses drehbar angeordnet, so dass eine Rotation der elektrischen Maschine und eine Rotation der Kurbeleinrichtung überlagert und auf das Abtriebsrad übertragen werden kann. Der Freilauf ist im Kraftübertragungspfad zwischen der elektrischen Maschine und dem ersten Eingangselement so angeordnet, dass eine Kraftübertragung von der elektrischen Maschine zu dem ersten Eingangselement nur in einer relativen Drehrichtung der elektrischen Maschine zu dem ersten Eingangselement möglich ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass in einer ersten Drehrichtung der elektrischen Maschine eine Antriebskraft auf das erste Eingangselement übertragen wird, wobei in einer zweiten Drehrichtung, die entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung ist, keine Kraft auf das erste Eingangselement von der elektrischen Maschine übertragen werden kann. Der Freilauf kann dabei jede Gestalt annehmen, solange die vorstehend genannte Funktion erfüllt wird.The superposition gear is arranged rotatably with respect to the housing, so that a rotation of the electric machine and a rotation of the crank device can be superimposed and transmitted to the driven wheel. The freewheel is arranged in the power transmission path between the electric machine and the first input element in such a way that power transmission from the electric machine to the first input element is only possible in a relative direction of rotation of the electric machine to the first input element. It can be provided that a driving force is transmitted to the first input element in a first direction of rotation of the electrical machine, wherein in a second direction of rotation, which is opposite to the first direction of rotation, no force can be transmitted to the first input element from the electrical machine. The freewheel can take any shape as long as the above-mentioned function is fulfilled.

Wenn ein Fahrer des Fahrzeugs mit der Antriebseinrichtung aufhört zu pedalieren, wird keine Muskelkraft mehr über die Kurbeleinrichtung aufgenommen. Damit hört das zweite Eingangselement auf sich zu drehen. Das Ausgangselement kann sich im ersten Moment aufgrund einer Trägheit des Abtriebsrads und des Ausgangselements unverändert weiterdrehen. Dadurch muss das erste Eingangselement die Drehzahländerung am zweiten Eingangselement ausgleichen. Je nach Drehrichtung der elektrischen Maschine und je nachdem, ob die elektrische Maschine generatorisch oder als Elektromotor betrieben wird, wird sich das erste Eingangselement dadurch schneller oder langsamer drehen. In beiden Fällen hebt der Freilauf ab. Es wird kein Drehmoment zwischen der elektrischen Maschine und dem ersten Eingangselement übertragen. Durch Vorsehen des Freilaufs im Kraftübertragungspfad zwischen der elektrischen Maschine und dem ersten Eingangselement kann eine geringe Drehmomentrückwirkung vom Überlagerungsgetriebe auf die Kurbeleinrichtung im Falle eines Abhebens des Freilaufs erzeugt werden. Durch Vorsehen des Freilaufs zwischen der elektrischen Maschine und dem ersten Eingangselement kann auf einen Freilauf zwischen der Kurbeleinrichtung und dem zweiten Eingangselement verzichtet werden. Im Vergleich zu einer solchen Ausführungsform kann der Freilauf zwischen der elektrischen Maschine und dem ersten Eingangselement aufgrund von kleineren zu übertragenden Drehmomenten kleiner ausgelegt werden. Damit kann ein Raumbedarf, insbesondere ein Bauraumbedarf des Freilaufs und damit der gesamten Antriebseinrichtung, verringert werden.When a driver of the vehicle stops pedaling with the drive device, muscle power is no longer absorbed by the crank device. This causes the second input element to stop rotating. The output element can initially continue to rotate unchanged due to the inertia of the driven gear and the output element. As a result, the first input element must compensate for the change in speed at the second input element. Depending on the direction of rotation of the electrical machine and depending on whether the electrical machine is operated as a generator or as an electric motor, the first input element will therefore rotate faster or slower. In both cases the freewheel takes off. No torque is transmitted between the electric machine and the first input element. By providing the freewheel in the power transmission path between the electric machine and the first input element, a small torque reaction from the superposition gear to the crank device can be generated in the event of the freewheel lifting. By providing the freewheel between the electric machine and the first input element, a freewheel between the crank device and the second input element can be achieved gang element can be omitted. In comparison to such an embodiment, the freewheel between the electric machine and the first input element can be designed to be smaller due to smaller torques to be transmitted. This makes it possible to reduce the space requirement, in particular the installation space requirement of the freewheel and thus of the entire drive device.

Gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform kann das erste Eingangselement als Sonnenrad ausgebildet sein.According to an unclaimed embodiment, the first input element can be designed as a sun gear.

Gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform kann das zweite Eingangselement als Planetenträger ausgebildet sein und das Ausgangselement kann als Hohlrad ausgebildet sein. Der Planetenträger kann Planetenräder des Überlagerungsgetriebes drehbar lagern.According to an unclaimed embodiment, the second input element can be designed as a planet carrier and the output element can be designed as a ring gear. The planet carrier can rotatably mount planetary gears of the superposition gear.

Gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform kann das zweite Eingangselement als Hohlrad ausgebildet sein und das Ausgangselement kann als Planetenträger ausgebildet sein. Eine solche Ausführungsform kann aus konstruktiven Gründen vorteilhaft sein, um beispielsweise vorhandenen Raum durch ein solches Überlagerungsgetriebe besser ausnutzen zu können.According to an unclaimed embodiment, the second input element can be designed as a ring gear and the output element can be designed as a planet carrier. Such an embodiment can be advantageous for design reasons, for example in order to be able to make better use of the available space through such a superposition gear.

Gemäß einer nicht beanspruchten Ausführungsform kann die elektrische Maschine ein Ausgangselement aufweisen und die Antriebseinrichtung kann ferner eine Vorübersetzung aufweisen. Das Ausgangselement der elektrischen Maschine kann über die Vorübersetzung mit dem Freilauf gekoppelt sein. Alternativ kann das Ausgangselement der elektrischen Maschine ohne eine Vorübersetzung mit dem Freilauf direkt gekoppelt sein. Mittels der Vorübersetzung ist eine Drehzahlreduktion und eine Drehmomenterhöhung von dem Ausgangselement der elektrischen Maschine an das Sonnenrad möglich. Alternativ kann das Ausgangselement der elektrischen Maschine über den Freilauf mit der Vorübersetzung koppelbar sein, wobei die Vorübersetzung mit dem ersten Eingangselement gekoppelt sein kann. Dadurch kann eine höhere Drehzahl und damit ein kleineres Drehmoment am Freilauf anliegen. Damit kann der Freilauf noch kleiner und damit platzsparend ausgebildet werden.According to an unclaimed embodiment, the electric machine can have an output element and the drive device can further have a pre-transmission. The output element of the electrical machine can be coupled to the freewheel via the pre-transmission. Alternatively, the output element of the electrical machine can be directly coupled to the freewheel without a pre-translation. By means of the pre-transmission, a speed reduction and an increase in torque from the output element of the electric machine to the sun gear is possible. Alternatively, the output element of the electric machine can be coupled to the pre-translation via the freewheel, wherein the pre-translation can be coupled to the first input element. This means that a higher speed and therefore a lower torque can be applied to the freewheel. This means that the freewheel can be made even smaller and therefore space-saving.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Überlagerungsgetriebe ein Sonnenrad mit kleinem Durchmesser aufweisen, das mit dem Planetenrad mit großem Durchmesser eingreift. Das Sonnenrad mit kleinem Durchmesser kann eine Außenverzahnung aufweisen. Die Außenverzahnung des Sonnenrads mit kleinem Durchmesser kann mit der entsprechenden Außenverzahnung des Planetenrads mit großem Durchmesser zur Kraftübertragung eingreifen. Das Planetenrad mit kleinem Durchmesser kann dabei nur mit dem Hohlrad mit kleinem Durchmesser eingreifen, wobei das Sonnenrad mit kleinem Durchmesser das erste Eingangselement ausbildet, mit dem das Ausgangselement der elektrischen Maschine über den Freilauf koppelbar ist. Das Hohlrad mit kleinem Durchmesser kann das zweite Eingangselement ausbilden, mit dem die Kurbelwelle der Kurbeleinrichtung gekoppelt ist. Das Hohlrad mit großem Durchmesser kann das Ausgangselement ausbilden, mit dem das Abtriebsrad gekoppelt ist. In einer alternativen Ausführungsform kann das Überlagerungsgetriebe ein Sonnenrad mit großem Durchmesser aufweisen, das mit dem Planetenrad mit kleinem Durchmesser eingreift und wobei das Planetenrad mit großem Durchmesser nur mit dem Hohlrad mit großem Durchmesser eingreift, wobei das Sonnenrad mit großem Durchmesser das erste Eingangselement ausbildet, mit dem das Ausgangselement der elektrischen Maschine über den Freilauf koppelbar sein kann. Das Hohlrad mit großem Durchmesser kann das zweite Eingangselement ausbilden, mit dem die Kurbelwelle der Kurbeleinrichtung gekoppelt sein kann. Das Hohlrad mit kleinem Durchmesser kann das Ausgangselement ausbilden, mit dem das Abtriebsrad gekoppelt sein kann.According to a further embodiment, the superposition gear may have a small diameter sun gear that meshes with the large diameter planet gear. The small diameter sun gear may have external teeth. The external teeth of the small diameter sun gear can mesh with the corresponding external teeth of the large diameter planetary gear to transmit power. The small diameter planet gear can only engage with the small diameter ring gear, with the small diameter sun gear forming the first input element with which the output element of the electric machine can be coupled via the freewheel. The small diameter ring gear may form the second input member to which the crankshaft of the crank device is coupled. The large-diameter ring gear can form the output member to which the driven gear is coupled. In an alternative embodiment, the superposition gear may include a large diameter sun gear engaging the small diameter planet gear and wherein the large diameter planet gear engages only the large diameter ring gear, the large diameter sun gear forming the first input element which the output element of the electrical machine can be coupled via the freewheel. The large diameter ring gear may form the second input member to which the crankshaft of the crank device may be coupled. The small diameter ring gear may form the output member to which the driven gear may be coupled.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die elektrische Maschine und das Überlagerungsgetriebe koaxial zueinander angeordnet sein. Die Kurbelwelle kann dabei die gemeinsame Achse ausbilden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und das Überlagerungsgetriebe koaxial auf einer Symmetrieachse angeordnet sind, wobei die elektrische Maschine und das Überlagerungsgetriebe in der Axialrichtung zueinander benachbart angeordnet sind.According to a further embodiment, the electric machine and the superposition gear can be arranged coaxially with one another. The crankshaft can form the common axis. In particular, it can be provided that the electric machine and the superposition gear are arranged coaxially on an axis of symmetry, with the electric machine and the superposition gear being arranged adjacent to one another in the axial direction.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Antriebseinrichtung ferner eine elektrische Antriebsmaschine aufweisen, die über ein Ausgangselement mit dem Abtriebsrad gekoppelt sein kann, so dass eine Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine auf das Abtriebsrad übertragen werden kann. Die elektrische Antriebsmaschine ist dabei zusätzlich zu der elektrischen Maschine vorgesehen. Das Ausgangselement der elektrischen Antriebsmaschine kann mit dem Abtriebsrad gekoppelt sein. Dabei kann die Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine direkt auf ein das Abtriebsrad tragendes Element der Antriebseinrichtung aufgebracht werden. Insbesondere kann die Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine ohne Durchlaufen des Überlagerungsgetriebes auf ein das Abtriebsrad tragendes Element der Antriebseinrichtung aufgebracht werden. Das das Abtriebsrad tragende Element der Antriebseinrichtung kann dabei jedes Element sein, das kraftschlüssig mit dem Abtriebsrad verbunden ist. Damit wird bewirkt, dass das Aufbringen einer Antriebskraft auf das das Abtriebsrad tragende Element unmittelbar ein Aufbringen der Antriebskraft auf das Abtriebsrad bewirkt. Dabei kann das das Abtriebsrad tragende Element eine Verzahnung aufweisen, mit der ein Element der elektrischen Antriebsmaschine und gegebenenfalls eines Untersetzungsgetriebes zur Kraftübertragung eingreift.According to a further embodiment, the drive device can further have an electric drive machine, which can be coupled to the driven gear via an output element, so that a driving force of the electric drive machine can be transmitted to the driven gear. The electric drive machine is provided in addition to the electric machine. The output element of the electric drive machine can be coupled to the driven gear. The driving force of the electric drive machine can be applied directly to an element of the drive device that carries the driven wheel. In particular, the driving force of the electric drive machine can be applied to an element of the drive device that carries the driven wheel without passing through the superposition gear. The element of the drive device carrying the driven gear can be any element that is non-positively connected to the driven gear. This causes the application of a driving force to the The element carrying the driven wheel directly causes the driving force to be applied to the driven wheel. The element carrying the driven gear can have teeth with which an element of the electric drive machine and possibly a reduction gear engages for power transmission.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann zwischen dem Ausgangselement der elektrischen Antriebsmaschine und dem Abtriebsrad ein Untersetzungsgetriebe zur Verringerung der von der elektrischen Antriebsmaschine abgegebenen Drehzahl vorgesehen sein. Dadurch kann ein Drehmoment von der elektrischen Antriebsmaschine erhöht werden. Dabei kann jede Art eines Untersetzungsgetriebes eingesetzt werden, solange die von der elektrischen Antriebsmaschine abgegebene Antriebskraft mit einer verringerten Drehzahl auf das Abtriebsrad aufgebracht werden kann.According to a further embodiment, a reduction gear can be provided between the output element of the electric drive machine and the driven gear to reduce the speed output by the electric drive machine. This allows torque from the electric drive machine to be increased. Any type of reduction gear can be used as long as the driving force emitted by the electric drive machine can be applied to the driven gear at a reduced speed.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Untersetzungsgetriebe eines von einem Planetensatz und einem Stirnradsatz aufweisen. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Untersetzungsgetriebe einen Planetensatz aufweist, der koaxial zu dem Ausgangselement der elektrischen Antriebsmaschine vorgesehen ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Stirnradsatz mit mindestens zwei Stirnrädern vorgesehen ist. Der Stirnradsatz kann mehr als zwei Stirnräder, insbesondere drei Stirnräder aufweisen. Ferner kann vorgesehen sein, dass mehr als ein Planetensatz vorgesehen ist, wobei die Planetensätze in Reihe miteinander verbunden werden können.According to a further embodiment, the reduction gear can have one of a planetary gear set and a spur gear set. It can be provided that the reduction gear has a planetary gear set which is provided coaxially with the output element of the electric drive machine. Furthermore, it can be provided that a spur gear set with at least two spur gears is provided. The spur gear set can have more than two spur gears, in particular three spur gears. Furthermore, it can be provided that more than one planetary gearset is provided, whereby the planetary gearsets can be connected to one another in series.

Gemäß einer Ausführungsform kann die elektrische Antriebsmaschine bezüglich des Überlagerungsgetriebes und der elektrischen Maschine axial versetzt angeordnet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die elektrische Antriebsmaschine bezüglich der Symmetrieachse von Überlagerungsgetriebe und elektrischer Maschine axial versetzt angeordnet ist. Mit dem Stirnradsatz, der mindestens zwei Stirnräder aufweist, kann bewirkt werden, dass ein Versatz zwischen dem Ausgangselement der elektrischen Antriebsmaschine und dem Abtriebsrad des Überlagerungsgetriebes erzeugt wird. Mit diesem Aufbau kann eine kompakte Antriebseinrichtung bereitgestellt werden.According to one embodiment, the electric drive machine can be arranged axially offset with respect to the superposition gear and the electric machine. In particular, it can be provided that the electric drive machine is arranged axially offset with respect to the axis of symmetry of the superposition gear and the electric machine. The spur gear set, which has at least two spur gears, can be used to create an offset between the output element of the electric drive machine and the output gear of the superposition gear. With this structure, a compact drive device can be provided.

Die vorstehend beschriebene Antriebseinrichtung kann an einem Fahrzeug vorgesehen sein, das zumindest zeitweise mit Muskelkraft betrieben wird. Das Fahrzeug kann dabei jedes Fahrzeug sein, welches geeignet für einen Muskelkraftbetrieb ist, wie zum Beispiel ein Zweirad, ein Dreirad, ein Lastenrad, ein handbetriebenes Fahrzeug und andere geeignete Ausgestaltungen von Fahrzeugen.The drive device described above can be provided on a vehicle that is operated at least temporarily with muscle power. The vehicle can be any vehicle that is suitable for muscle power operation, such as a two-wheeler, a tricycle, a cargo bike, a hand-operated vehicle and other suitable vehicle configurations.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit wenigstens zwei Rädern vorgesehen, das eine Antriebseinrichtung aufweist, die bereits in der vorherigen Beschreibung beschrieben wurde. Dabei ist das Abtriebsrad der Antriebseinrichtung über ein Kraftübertragungselement, wie einen Riemen oder eine Kette, mit einem der Räder zum Antrieb des Fahrzeugs gekoppelt. Das Fahrzeug kann ferner eine elektrische Energiespeichereinrichtung aufweisen, die zur Abgabe von elektrischer Energie für den Betrieb der Antriebseinrichtung eingerichtet ist. Ferner kann das Fahrzeug eine Steuerungseinrichtung aufweisen, die für den Betrieb der Antriebseinrichtung eingerichtet ist.

1 ist eine schematische Ansicht einer nicht beanspruchten Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 ist eine schematische Ansicht einer nicht beanspruchten Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 ist eine schematische Ansicht einer Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform;
4 ist eine schematische Ansicht einer Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug, die eine Abwandlung der Ausführungsform von 3 darstellt.

According to a second aspect of the invention, a vehicle with at least two wheels is provided, which has a drive device which has already been described in the previous description. The driven wheel of the drive device is coupled to one of the wheels for driving the vehicle via a power transmission element, such as a belt or a chain. The vehicle can also have an electrical energy storage device that is set up to deliver electrical energy to operate the drive device. Furthermore, the vehicle can have a control device that is set up to operate the drive device.

1 is a schematic view of an unclaimed drive device for a vehicle according to a first embodiment;
2 is a schematic view of an unclaimed drive device for a vehicle according to a second embodiment;
3 is a schematic view of a driving device for a vehicle according to a third embodiment;
4 is a schematic view of a drive device for a vehicle, which is a modification of the embodiment of 3 represents.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorgeschlagenen Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug anhand der Zeichnungen beschrieben.Embodiments of the proposed drive device for a vehicle are described below with reference to the drawings.

1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine nicht beanspruchte Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Antriebseinrichtung weist ein Überlagerungsgetriebe 4, eine elektrische Maschine 8 und eine Kurbeleinrichtung 2 auf. Die vorstehend genannten Baugruppen der Antriebseinrichtung und deren Wirkungsweise werden im Folgenden in Anwendung auf ein Zweirad erläutert. 1 shows a schematic view of an unclaimed drive device for a vehicle according to a first embodiment. The drive device has a superposition gear 4, an electric machine 8 and a crank device 2. The above-mentioned assemblies of the drive device and their mode of operation are explained below in application to a two-wheeler.

Die Antriebseinrichtung weist ein Abtriebsrad 6 auf, das als Kettenrad ausgebildet ist, welches zur Kraftübertragung über eine Antriebskette mit einem Hinterrad des Zweirads verbunden ist. Es erstreckt sich eine Kurbelwelle 3 der Kurbeleinrichtung 2 durch das Überlagerungsgetriebe 4. Von der linken und rechten Seite der Kurbelwelle 3 sind jeweilige Kurbelarme vorgesehen. Die Kurbelarme sind bezüglich der Kurbelwelle 3 um 180° versetzt und mit Pedalen vorgesehen. Über die Pedale und die Kurbelarme kann auf die Kurbelwelle 3 eine Muskelkraft als Antriebskraft durch den Fahrer des Fahrrads aufgebracht werden.The drive device has a driven wheel 6, which is designed as a chain wheel, which is connected to a rear wheel of the two-wheeler via a drive chain for power transmission. A crankshaft 3 of the crank device 2 extends through the superposition gear 4. Respective crank arms are provided from the left and right sides of the crankshaft 3. The crank arms are offset by 180° with respect to the crankshaft 3 and are provided with pedals. Muscle power can be applied to the crankshaft 3 as a driving force by the driver of the bicycle via the pedals and the crank arms.

Das Überlagerungsgetriebe 4 weist als Planetensatz ein Sonnenrad 12, einen Planetenträger 26 und ein Hohlrad 16 auf. Dabei weist das Überlagerungsgetriebe 4 eine Mehrzahl von Planetenrädern 22 auf. In der vorliegenden Ausführungsform sind um den Umfang der durch die Kurbelwelle 3 gebildeten Symmetrieachse des Überlagerungsgetriebes 4 drei identisch aufgebaute Planetenräder 22 vorgesehen. Die Planetenräder 22 werden drehbar von dem Planetenträger 26 gehalten. Die Planetenräder 22 des Überlagerungsgetriebes 4 werden auf einer gemeinsamen Umlaufbahn um die Symmetrieachse des Überlagerungsgetriebes 4 gehalten. Im Folgenden wird nur ein Planetenrad 22 erläutert und der Aufbau der weiteren Planetenräder ist entsprechend identisch.The superposition gear 4 has a sun gear 12, a planet carrier, as a planetary set 26 and a ring gear 16. The superposition gear 4 has a plurality of planet gears 22. In the present embodiment, three identically constructed planet gears 22 are provided around the circumference of the axis of symmetry of the superposition gear 4 formed by the crankshaft 3. The planet gears 22 are rotatably held by the planet carrier 26. The planet gears 22 of the superposition gear 4 are held in a common orbit around the axis of symmetry of the superposition gear 4. Only one planet gear 22 is explained below and the structure of the other planet gears is correspondingly identical.

Das Sonnenrad 12 greift mit seiner Verzahnung in die Verzahnung des Planetenrads 22 ein. Das Planetenrad 22 greift mit seiner Verzahnung in die Verzahnung des Hohlrads 16 ein.The sun gear 12 engages with its teeth in the teeth of the planet gear 22. The planet gear 22 engages with its teeth in the teeth of the ring gear 16.

Ein Ausgangselement 30 der elektrischen Maschine 8 ist über eine Vorübersetzung 32 mit einem Freilauf 11 gekoppelt. Der Freilauf 11 ist mit dem Sonnenrad 12 gekoppelt. Damit ist das Ausgangselement 30 der elektrischen Maschine 8 über den Freilauf 11 mit dem Sonnenrad 12 koppelbar. Das Sonnenrad 12 ist dabei als erstes Eingangselement des Überlagerungsgetriebes 4 ausgebildet. Die Kurbelwelle 3 ist mit dem Planetenträger 26 gekoppelt. Der Planetenträger 26 ist dabei als zweites Eingangselement ausgebildet. Das Hohlrad 16 ist mit dem Abtriebsrad 6 gekoppelt. Das Hohlrad 16 ist dabei als Ausgangselement ausgebildet. Der Freilauf 11 bewirkt, dass bei einer Drehung des Ausgangselements 30 der elektrischen Maschine 8 zum Sonnenrad 12 in einer ersten Richtung Kraft von dem Ausgangselement 30 auf das Sonnenrad 12 übertragen wird, während bei einer Drehung des Ausgangselements 30 relativ zum Sonnenrad 12 in der entgegengesetzten Richtung keine Kraft von dem Ausgangselement 30 auf das Sonnenrad 12 übertragen wird.An output element 30 of the electric machine 8 is coupled to a freewheel 11 via a pre-transmission 32. The freewheel 11 is coupled to the sun gear 12. This means that the output element 30 of the electric machine 8 can be coupled to the sun gear 12 via the freewheel 11. The sun gear 12 is designed as the first input element of the superposition gear 4. The crankshaft 3 is coupled to the planet carrier 26. The planet carrier 26 is designed as a second input element. The ring gear 16 is coupled to the driven gear 6. The ring gear 16 is designed as an output element. The freewheel 11 causes force to be transmitted from the output element 30 to the sun gear 12 when the output element 30 of the electric machine 8 rotates relative to the sun gear 12 in a first direction, while when the output element 30 rotates relative to the sun gear 12 in the opposite direction no force is transmitted from the output element 30 to the sun gear 12.

Die elektrische Maschine 8 hat einen symmetrischen Aufbau und ist symmetrisch zu der Kurbelwelle 3 aufgebaut. Die Kurbelwelle 3 ragt durch das Zentrum der elektrischen Maschine 8 hindurch. Die elektrische Maschine 8 weist einen Rotor auf, der drehbar gelagert ist. Ferner weist die elektrische Maschine 8 einen Stator auf, der an einem Gehäuse 10 drehfest montiert ist. Der Rotor ist mit dem Ausgangselement 30 verbunden. Somit kann eine Rotation der elektrischen Maschine 8 über das Ausgangselement 30 auf den Freilauf 11 übertragen werden.The electric machine 8 has a symmetrical structure and is constructed symmetrically to the crankshaft 3. The crankshaft 3 protrudes through the center of the electric machine 8. The electrical machine 8 has a rotor that is rotatably mounted. Furthermore, the electrical machine 8 has a stator which is mounted on a housing 10 in a rotationally fixed manner. The rotor is connected to the output element 30. A rotation of the electrical machine 8 can thus be transmitted to the freewheel 11 via the output element 30.

Nicht gezeigt in 1 sind eine Energiespeichereinrichtung und eine Steuereinrichtung. Die Steuereinrichtung ist dabei eingerichtet, Drehzahl und Drehrichtung der elektrischen Maschine 8 zu steuern, so dass die entsprechende Drehung über das Sonnenrad 12 als erstes Eingangselement des Überlagerungsgetriebes 4 eingeleitet werden kann. Dabei wird die elektrische Maschine 8 mit elektrischer Energie, gespeichert in der Energiespeichereinrichtung, betrieben.Not shown in 1 are an energy storage device and a control device. The control device is set up to control the speed and direction of rotation of the electric machine 8, so that the corresponding rotation can be initiated via the sun gear 12 as the first input element of the superposition gear 4. The electrical machine 8 is operated with electrical energy stored in the energy storage device.

Im Folgenden wird die Funktion der Antriebseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, das in 1 gezeigt ist.The function of the drive device according to the first exemplary embodiment is described below, which is shown in 1 is shown.

In einer ersten Drehrichtung des Ausgangselements 30 der elektrischen Maschine 8 arbeitet die elektrische Maschine 8 als Elektromotor. Es erfolgt eine Kraftübertragung von dem Ausgangselement 30 über den Freilauf 11 auf das Sonnenrad 12. Stellt der Fahrer des Zweirads das Antreiben der Kurbelwelle 3 über die Tretkurbeln ein, stoppt die Drehung des Planetenträgers 26. Das Hohlrad 16 behält im ersten Moment seine Drehzahl aufgrund Trägheit bei. Dadurch muss das Sonnenrad 12 die Drehzahländerung des Planetenträgers 26 ausgleichen und beschleunigt. Das Sonnenrad 12 enteilt dem Ausgangselement 30. Der Freilauf 11 hebt ab. Es wird kein Drehmoment der elektrischen Maschine 8 auf das Sonnenrad 12 übertragen. Es erfolgt nur eine sehr geringe Drehmomentrückwirkung auf die Kurbelwelle 3 und die Kurbeleinrichtung 2.In a first direction of rotation of the output element 30 of the electrical machine 8, the electrical machine 8 works as an electric motor. Power is transmitted from the output element 30 via the freewheel 11 to the sun gear 12. If the driver of the two-wheeler stops driving the crankshaft 3 via the pedal cranks, the rotation of the planet carrier 26 stops. The ring gear 16 initially maintains its speed due to inertia at. As a result, the sun gear 12 must compensate for the change in speed of the planet carrier 26 and accelerate it. The sun gear 12 escapes from the output element 30. The freewheel 11 takes off. No torque from the electric machine 8 is transmitted to the sun gear 12. There is only a very small torque reaction on the crankshaft 3 and the crank device 2.

In einer zweiten, der ersten entgegengesetzten Drehrichtung des Ausgangselements 30 arbeitet die elektrische Maschine 8 generatorisch. Es erfolgt eine Kraftübertragung von dem Sonnenrad 12 über den Freilauf 11 auf das Ausgangselement 30. Stellt der Fahrer des Zweirads das Antreiben der Kurbelwelle 3 über die Tretkurbeln ein, stoppt die Drehung des Planetenträgers 26. Das Hohlrad 16 behält im ersten Moment seine Drehzahl aufgrund Trägheit bei. Dadurch muss das Sonnenrad 12 die Drehzahländerung des Planetenträgers 26 ausgleichen und bremst ab. Das Ausgangselement 30 enteilt dem Sonnenrad 12. Der Freilauf 11 hebt ab. Es wird kein Drehmoment von dem Sonnenrad 12 an die elektrischen Maschine 8 übertragen. Es erfolgt nur eine sehr geringe Drehmomentrückwirkung auf die Kurbelwelle 3 und die Kurbeleinrichtung 2.In a second direction of rotation of the output element 30, which is opposite to the first, the electrical machine 8 operates as a generator. Power is transmitted from the sun gear 12 via the freewheel 11 to the output element 30. If the driver of the two-wheeler stops driving the crankshaft 3 via the pedal cranks, the rotation of the planet carrier 26 stops. The ring gear 16 initially maintains its speed due to inertia at. As a result, the sun gear 12 has to compensate for the change in speed of the planet carrier 26 and brakes. The output element 30 escapes the sun gear 12. The freewheel 11 takes off. No torque is transmitted from the sun gear 12 to the electric machine 8. There is only a very small torque reaction on the crankshaft 3 and the crank device 2.

Im Folgenden wird eine Antriebseinrichtung gemäß einer zweiten nicht beanspruchten Ausführungsform auf Grundlage der Darstellung von 2 beschrieben. Zur Vereinfachung werden lediglich die Unterschiede zwischen der Antriebseinrichtung von 2 und der Antriebseinrichtung von 1 erläutert.Below is a drive device according to a second unclaimed embodiment based on the illustration of 2 described. To simplify matters, only the differences between the drive device are shown 2 and the drive device of 1 explained.

Die Kurbelwelle 3 ist mit dem Hohlrad 28 gekoppelt. Das Hohlrad 28 ist dabei als zweites Eingangselement ausgebildet. Ein Planetenträger 17 ist mit dem Abtriebsrad 6 gekoppelt. Der Planetenträger 17 ist dabei als Ausgangselement ausgebildet. Dabei werden die Planetenräder 22 drehbar von dem Planetenträger 17 gehalten. Die Funktion und die Vorteile der Antriebseinrichtung von 2 sind dieselben wie diejenigen, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind.The crankshaft 3 is coupled to the ring gear 28. The ring gear 28 is designed as a second input element. A planet carrier 17 is coupled to the driven gear 6. The planet carrier 17 is designed as a starting element. The planet gears 22 are rotatable from the plate net carrier 17 held. The function and advantages of the drive device from 2 are the same as those referred to 1 are described.

Im Folgenden wird eine Antriebseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel auf der Grundlage der Darstellung von 3 beschrieben. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zwischen der Antriebseinrichtung von 3 und derjenigen von 1 erläutert.A drive device according to a third exemplary embodiment is described below based on the illustration of 3 described. Below we only describe the differences between the drive device 3 and that of 1 explained.

Das Überlagerungsgetriebe 4 weist eine Mehrzahl von Stufenplanetenrädern 24 auf. In der vorliegenden Ausführungsform sind um den Umfang der durch die Kurbelwelle 3 gebildeten Symmetrieachse des Überlagerungsgetriebes 4 drei identisch aufgebaute Stufenplanetenräder 24 vorgesehen. Im Folgenden wird nur ein Stufenplanetenrad 24 erläutert und der Aufbau der weiteren Stufenplanetenräder ist entsprechend identisch. Das Stufenplanetenrad 24 weist ein Planetenrad 56 mit großem Durchmesser und ein Planetenrad 58 mit kleinem Durchmesser auf. Die Planetenräder 56, 58 sind über eine Stufenplanetenachse starr miteinander gekoppelt. Die Planetenräder 56, 58 haben unterschiedliche wirksame Durchmesser, wobei der wirksame Durchmesser des Planetenrad 56 mit großem Durchmesser größer ist als der wirksame Durchmesser des Planetenrads 58 mit kleinem Durchmesser. Die Stufenplanetenachse wird drehbar von einem Stufenplanetenträger gehalten. Die in dem Überlagerungsgetriebe 4 vorgesehenen Stufenplanetenräder 24 werden von dem Stufenplanetenträger jeweils drehbar auf einer gemeinsamen Umlaufbahn um die Symmetrieachse des Überlagerungsgetriebes 4 gehalten. Dabei steht die Verzahnung eines Hohlrads 18 mit großem Durchmesser im Eingriff mit der Verzahnung des Planetenrads 56 mit großem Durchmesser, während die Verzahnung eines Hohlrads 20 mit kleinem Durchmesser mit der Verzahnung des Planetenrads 58 mit kleinem Durchmesser im Eingriff steht. Dabei hat das Hohlrad 18 mit großem Durchmesser einen größeren wirksamen Durchmesser als das Hohlrad 20 mit kleinem Durchmesser.The superposition gear 4 has a plurality of stepped planetary gears 24. In the present embodiment, three identically constructed stepped planet gears 24 are provided around the circumference of the axis of symmetry of the superposition gear 4 formed by the crankshaft 3. Only one stepped planetary gear 24 is explained below and the structure of the other stepped planetary gears is correspondingly identical. The stepped planetary gear 24 has a large diameter planetary gear 56 and a small diameter planetary gear 58. The planetary gears 56, 58 are rigidly coupled to one another via a stepped planetary axis. The planet gears 56, 58 have different effective diameters, with the effective diameter of the large diameter planet gear 56 being larger than the effective diameter of the small diameter planet gear 58. The stepped planet axis is rotatably held by a stepped planet carrier. The stepped planet gears 24 provided in the superposition gear 4 are each held rotatably on a common orbit around the axis of symmetry of the superposition gear 4 by the stepped planet carrier. The teeth of a large-diameter ring gear 18 are in engagement with the teeth of the large-diameter planetary gear 56, while the teeth of a small-diameter ring gear 20 are in engagement with the teeth of the small-diameter planetary gear 58. The ring gear 18 with a large diameter has a larger effective diameter than the ring gear 20 with a small diameter.

Das Überlagerungsgetriebe 4 weist ein Sonnenrad 14 mit kleinem Durchmesser auf, welches mit seiner Verzahnung in die Verzahnung des Planetenrads 56 mit großem Durchmesser eingreift. Das Sonnenrad 14 ist als erstes Eingangselement des Überlagerungsgetriebes 4 ausgebildet und über den Freilauf 11 mit dem Ausgangselement 30 der elektrischen Maschine 8 koppelbar.The superposition gear 4 has a sun gear 14 with a small diameter, the teeth of which engage in the teeth of the planet gear 56 with a large diameter. The sun gear 14 is designed as the first input element of the superposition gear 4 and can be coupled to the output element 30 of the electric machine 8 via the freewheel 11.

Die Kurbelwelle 3 ist mit dem Hohlrad 20 mit kleinem Durchmesser gekoppelt. Das Hohlrad 20 mit kleinem Durchmesser ist als zweites Eingangselement des Überlagerungsgetriebes 4 ausgebildet und mit der Kurbeleinrichtung 2 gekoppelt.The crankshaft 3 is coupled to the small diameter ring gear 20. The small diameter ring gear 20 is designed as a second input element of the superposition gear 4 and is coupled to the crank device 2.

Das Hohlrad 18 mit großem Durchmesser ist als Ausgangselement des Überlagerungsgetriebes 4 ausgebildet und mit dem Abtriebsrad 6 gekoppelt.The large diameter ring gear 18 is designed as an output element of the superposition gear 4 and is coupled to the driven gear 6.

Auf diese Weise ist das Überlagerungsgetriebe 4 als Stufenplanetensatz aufgebaut, mit dem eine Antriebskraft von der Kurbeleinrichtung 2 sowie von dem Ausgangselement 30 der elektrischen Maschine 8, das mit dem Sonnenrad 14 mit kleinem Durchmesser über den Freilauf 11 koppelbar ist, eingeführt werden kann. Die Antriebskraft kann über das Abtriebsrad 6 abgegeben werden. Die Funktion und die Vorteile der Antriebseinrichtung von 3 sind dieselben wie diejenigen, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben sind
4 stellt eine Abwandlung der in 3 gezeigten Ausführungsform dar. Abweichend von dem Aufbau der Antriebseinrichtung von 3 ist in der Antriebseinrichtung von 4 eine zusätzliche elektrische Antriebsmaschine 46 vorgesehen. Ferner ist ein Untersetzungsgetriebe 50 dargestellt. Es ist anzumerken, dass der Aufbau der elektrischen Maschine 8, des Überlagerungsgetriebes 4 und der Kurbeleinrichtung 2 derselbe wie der Aufbau der Antriebseinrichtung von 3 ist. Jedoch können die Merkmale betreffend die elektrische Antriebsmaschine 46 und das Untersetzungsgetriebe 50 von 4 auch auf die Ausführungsformen gemäß 1 und 2 ausgebildet werden.In this way, the superposition gear 4 is constructed as a stepped planetary set, with which a driving force can be introduced from the crank device 2 and from the output element 30 of the electric machine 8, which can be coupled to the small-diameter sun gear 14 via the freewheel 11. The driving force can be delivered via the driven gear 6. The function and advantages of the drive device from 3 are the same as those referred to 1 are described
4 represents a modification of the in 3 shown embodiment. Deviating from the structure of the drive device of 3 is in the drive device of 4 an additional electric drive machine 46 is provided. Furthermore, a reduction gear 50 is shown. It should be noted that the structure of the electric machine 8, the superposition gear 4 and the crank device 2 is the same as the structure of the drive device of 3 is. However, the features relating to the electric prime mover 46 and the reduction gear 50 may be of 4 also to the embodiments according to 1 and 2 be formed.

Die elektrische Antriebsmaschine 46, die zusätzlich zu der elektrischen Maschine 8 vorgesehen ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform achsparallel versetzt zu der Symmetrieachse der elektrischen Maschine 8 und des Überlagerungsgetriebes 4 angeordnet. Die elektrische Antriebsmaschine 46 weist einen Rotor auf, der drehbar gelagert ist. Ferner weist die elektrische Antriebsmaschine 46 einen Stator auf, der an dem Gehäuse 10 der Antriebseinrichtung befestigt ist. An dem Rotor der elektrischen Antriebsmaschine 46 ist ein Ausgangselement 48 der elektrischen Antriebsmaschine 46 vorgesehen. Das Ausgangselement 48 steht in Verbindung mit einem Planetensatz 52, der dazu dient, die Drehzahl an dem Ausgangselement 48 ausgehend von der Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 46 herabzusetzen.The electric drive machine 46, which is provided in addition to the electric machine 8, is in the present embodiment arranged axially parallel to the axis of symmetry of the electric machine 8 and the superposition gear 4. The electric drive machine 46 has a rotor that is rotatably mounted. Furthermore, the electric drive machine 46 has a stator which is attached to the housing 10 of the drive device. An output element 48 of the electric drive machine 46 is provided on the rotor of the electric drive machine 46. The output element 48 is connected to a planetary gear set 52, which serves to reduce the speed of the output element 48 based on the speed of the electric drive machine 46.

Der Planetensatz 52 weist ein Ausgangselement auf, das eingangsseitig mit einem Stirnradsatz 54 verbunden ist. Der Stirnradsatz 54 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist ein Zahnrad auf, das an dem Ausgangselement des Planetensatzes 52 vorgesehen ist. Dieses Zahnrad greift mit einem Zwischenrad ein, das wiederum mit einem Eingangselement der Antriebseinrichtung eingreift. Dieses Eingangselement ist mit dem Abtriebsrad 6 gekoppelt. Somit ist in der vorliegenden Ausführungsform der Planetensatz 52 vorgesehen, um die Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 46 herabzusetzen und ferner ist der Stirnradsatz 54 vorgesehen, um den achsparallelen Versatz der elektrischen Antriebsmaschine 46 bezüglich der Symmetrieachse der elektrischen Maschine 8 und des Überlagerungsgetriebes 4 auszugleichen.The planetary gear set 52 has an output element which is connected to a spur gear set 54 on the input side. The spur gear set 54 according to the present embodiment includes a gear provided on the output member of the planetary gear set 52. This gear engages with an intermediate gear, which in turn engages with an input element of the drive device. This input element is coupled to the driven gear 6. Thus, in the present embodiment, the planetary gear set 52 is provided to reduce the speed of the electric drive machine 46 zen and furthermore, the spur gear set 54 is provided to compensate for the axially parallel offset of the electric drive machine 46 with respect to the axis of symmetry of the electric machine 8 and the superposition gear 4.

Die elektrische Antriebsmaschine 46 kann über eine Steuerungseinrichtung und unter Verwendung von elektrischer Energie angetrieben werden. Eine Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine 46 kann auf das Abtriebsrad 6 aufgebracht werden. Somit kann die durch den Fahrer des Zweirads über die Tretkurbeln aufgebrachte Antriebskraft durch die Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine 46 ergänzt werden. Die in 4 gezeigte Antriebseinrichtung stellt somit einen elektrisch unterstützten Antrieb dar, wie er bei Pedelecs oder E-Bikes eingesetzt wird.The electric drive machine 46 can be driven via a control device and using electrical energy. A driving force of the electric drive machine 46 can be applied to the driven gear 6. Thus, the driving force applied by the driver of the two-wheeler via the pedal cranks can be supplemented by the driving force of the electric drive machine 46. In the 4 The drive device shown therefore represents an electrically assisted drive, as used in pedelecs or e-bikes.

Da zusätzlich das Überlagerungsgetriebe 4 und die elektrische Maschine 8, die bereits unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde, vorgesehen sind, werden in dieser Ausführungsform eine Unterstützungsfunktion der elektrischen Antriebsmaschine 46 mit einer Funktion mit variablem Übersetzungsverhältnis durch das Überlagerungsgetriebe 4 und die elektrische Maschine 8 miteinander kombiniert.In addition, the superposition gear 4 and the electric machine 8, which have already been referred to 3 has been described, are provided in this embodiment, a support function of the electric drive machine 46 with a function with a variable gear ratio by the superposition gear 4 and the electric machine 8 are combined with each other.

BezugszeichenReference symbols

22: KurbeleinrichtungCrank device
33: Kurbelwellecrankshaft
44: ÜberlagerungsgetriebeSuperposition gear
66: Abtriebsraddriven gear
88th: elektrische Maschineelectric machine
1010: GehäuseHousing
1212: Sonnenradsun gear
1414: Sonnenrad mit kleinem DurchmesserSmall diameter sun gear
1616: Hohlradring gear
1717: PlanetenträgerPlanet carrier
1818: Hohlrad mit großem DurchmesserLarge diameter ring gear
2020: Hohlrad mit kleinem DurchmesserSmall diameter ring gear
2222: PlanetenradPlanetary gear
2424: StufenplanetenradStepped planetary gear
2626: PlanetenträgerPlanet carrier
2828: Hohlradring gear
3030: Ausgangselement der elektrischen MaschineOutput element of the electrical machine
3232: VorübersetzungPre-translation
4646: elektrische Antriebsmaschineelectric drive machine
4848: Ausgangselement der elektrischen AntriebsmaschineOutput element of the electric drive machine
5050: Untersetzungsgetriebereduction gear
5252: PlanetensatzPlanetary set
5454: Stirnradsatzspur gear set
5656: Planetenrad mit großem DurchmesserLarge diameter planetary gear
5858: Planetenrad mit kleinem DurchmesserSmall diameter planetary gear

Claims

Drive device for a vehicle, wherein the drive device is a crank device (2) for receiving muscle power, a superposition gear (4) for transmitting the muscle power to a driven wheel (6), via which a driving force for driving the vehicle is output, an electric machine (8 ), a housing (10) that can be mounted on the vehicle for at least partially accommodating elements of the drive device and a freewheel (11), the superposition gear (4) being a planetary gear set with at least one first input element (12; 14), with at least one second input element (26; 20; 28) and is formed with at least one output element (16; 17; 18), and wherein the electrical machine (8) can be coupled to the first input element (12; 14) via the freewheel (11), and where the crank device (2) is coupled to the second input element (26; 20; 28), and wherein the output element (16; 17; 18) is coupled to the driven gear (6), and wherein the superposition gear (4) is relative to the housing ( 10) is rotatably arranged so that a rotation of the electrical machine (8) and a rotation of the crank device (2) can be superimposed and transmitted to the driven wheel (6), and the freewheel (11) is in the power transmission path between the electrical machine ( 8) and the first input element (12; 14) is arranged so that power transmission from the electrical machine (8) to the first input element (12; 14) is only possible in a relative direction of rotation of the electrical machine (8) to the first input element (12; 14), whereby this Superposition gear (4) has a stepped planetary gear (24), wherein the stepped planetary gear (24) has a planetary gear (56) with a large diameter and a planetary gear (58) with a small diameter coupled thereto, wherein the superposition gear (4) further has a ring gear (18) having a large diameter meshing with the large diameter planetary gear (56) and a small diameter ring gear (20) engaging with the small diameter planetary gear (58).

Drive device according to Claim 1 , wherein the superposition gear (4) has a small diameter sun gear (14) which is connected to the pla net gear (56) with a large diameter engages and the planet gear (58) with a small diameter only engages with the ring gear (20) with a small diameter, the sun gear (14) with a small diameter forming the first input element (14) with which the Output element (30) of the electric machine (8) can be coupled via the freewheel (11), and the small diameter ring gear (20) forms the second input element (20) with which the crankshaft (3) of the crank device (2) is coupled is, and wherein the large diameter ring gear (18) forms the output element (18) to which the driven gear (6) is coupled.

Drive device according to one of the preceding claims, wherein the electrical machine (8) and the superposition gear (4) are arranged coaxially to one another.

Drive device according to one of the preceding claims, further comprising an electric drive machine (46) which is coupled to the driven gear (6) via an output element (48), so that a driving force of the electric drive machine (48) is transmitted to the driven gear (6). .

Drive device according to Claim 4 , wherein a reduction gear (50) is provided between the output element (48) of the electric drive machine (46) and the driven gear (6) to reduce the speed output by the electric drive machine (46).

Drive device according to Claim 5 , wherein the reduction gear (50) has one of a planetary gear set (52) and a spur gear set (54).

Drive device according to one of the Claims 4 until 6 , wherein the electric drive machine (46) is arranged axially offset with respect to the superposition gear (4) and the electric machine (8).

Vehicle with at least two wheels and a drive device according to one of the preceding claims, wherein the driven wheel (6) is coupled via a power transmission element to one of the wheels for driving the vehicle.