DE102022211598A1 - Antriebsanordnung für ein Fahrrad oder Pedelec - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Antriebsanordnung für ein Fahrrad oder Pedelec (1) in einem Gehäuse (2) mit einer Tretkurbelwelle (3), mit einem koaxial zu der Tretkurbelwelle (3) angeordneten mehrstufigen Tretlagergetriebe (4), mit zumindest einer elektrischen Maschine (8) mit einer achsparallel zur Tretkurbelwelle (3) angeordneten Rotorwelle (9) und mit einem koaxial zu der Rotorwelle (9) angeordneten Reduzierradsatz (10) vorgeschlagen, wobei die Rotorwelle (9) der elektrischen Maschine (8) über den Reduzierradsatz (10) und über einen Primärtrieb (11) mit einem Eingang des Tretlagergetriebes (4) direkt oder indirekt verbindbar oder verbunden ist, wobei die Tretkurbelwelle (3) über eine Drehmomentsensierung mit dem Eingang des Tretlagergetriebes (4) verbunden ist, wobei der Primärtrieb (11) axial zwischen der Drehmomentsensierung und dem Eingang des Tretlagergetriebes (4) angeordnet ist und wobei ein Ausgang des Tretlagergetriebes (4) über einen Sekundärtrieb (6) mit einem Laufrad (7) verbindbar oder verbunden ist. Ferner wird ein Fahrrad oder Pedelec (zuvor eins) mit der Antriebsanordnung vorgeschlagen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Fahrrad oder Pedelec in einem Gehäuse mit einer Tretkurbelwelle, mit einem koaxial zu der Tretkurbelwelle angeordneten mehrstufigen Tretlagergetriebe, mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer achsparallel zur Tretkurbelwelle angeordneten Rotorwelle und mit einem koaxial zur Rotorwelle angeordneten Reduzierradsatz, wobei ein Ausgang des Tretlagergetriebes über einen Sekundärtrieb mit einem Laufrad verbindbar oder verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrrad oder Pedelec mit der Antriebsanordnung.
  • Beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2018 208 380 A1 ist ein Mehrstufengetriebe in Planetenbauweise als Tretlagergetriebe für ein Fahrrad oder ein Pedelec mit einer Getriebeeingangswelle als Tretkurbelwelle und einer Getriebeausgangswelle als Abtrieb bekannt. Das Tretlagergetriebe umfasst vier Planetenradsätze, die miteinander gekoppelt sind. Ferner ist eine achsparallel zur Tretkurbelwelle angeordnete elektrische Maschine vorgesehen, die über eine Stirnradstufe oder einen Riementrieb mit einem der Planetenradsätze des Tretlagergetriebes verbunden ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine eingangs beschriebene Antriebsanordnung bzw. ein Fahrrad oder Pedelec mit der Antriebsanordnung vorzuschlagen, welche bauraum- und kostenoptimiert mit einer Drehmomentsensierung an der Tretkurbelwelle ausgeführt sind.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 10 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
  • Somit wird eine Antriebsanordnung für ein Fahrrad oder Pedelec in einem Gehäuse mit einer Tretkurbelwelle, mit einem koaxial zu der Tretkurbelwelle angeordneten mehrstufigen bzw. schaltbaren Tretlagergetriebe, mit zumindest einer elektrischen Maschine mit einer achsparallel zur Tretkurbelwelle angeordneten Rotorwelle und mit einem koaxial zu der Rotorwelle angeordneten Reduzierradsatz vorgeschlagen, wobei ein Ausgang des Tretlagergetriebes über einen Sekundärtrieb mit einem Laufrad verbindbar oder verbunden ist. Um eine besonders bauraum- und kostengünstige Anordnung mit einer Drehmomentsensierung an der zum Beispiel mittels Muskelkraft angetriebenen Tretkurbelwelle zu realisieren, ist die Rotorwelle der elektrischen Maschine über den Reduzierradsatz und über einen Primärtrieb mit einem Eingang des Tretlagergetriebes direkt oder indirekt verbindbar oder verbunden, wobei die Tretkurbelwelle über eine Drehmomentsensierung mit dem Eingang des Tretlagergetriebes verbunden ist und wobei der Primärtrieb axial zwischen der Drehmomentsensierung und dem Eingang des Tretlagergetriebes angeordnet ist.
  • Auf diese Weise wird eine erforderliche Drehmomentsensierung an der Tretkurbelwelle bauraum- und kostenoptimiert in die vorgeschlagene Antriebsanordnung integriert, ohne dass der axiale Bauraum hierzu vergrößert wird.
  • Beispielsweise kann der Reduzierradsatz axial gesehen auf der der elektrischen Maschine abgewandten Seite des Primärtriebes im Wesentlichen radial oberhalb der Drehmomentsensierung zwischen einer Kurbelwelle der Tretkurbelwelle und dem Primärtrieb angeordnet werden. Durch diesen vorgeschlagenen Aufbau wird signifikant mehr Bauraum für die elektrische Maschine als auch für weitere Komponenten, wie zum Beispiel eine erforderliche Leistungselektronik oder dergleichen geschaffen.
  • Zum Erfassen des durch Muskelkraft aufgebrachten Drehmomentes an der Tretkurbelwelle können verschiedene Drehmomentsensierungen eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Drehmomentsensierung zumindest ein Geberelement und einen das Geberelement erfassenden als Nehmerelement ausgeführten Drehmomentsensor oder dergleichen umfasst.
  • Im Rahmen einer bauraum- und kostengünstigen Integration der Drehmomentsensierung bei der vorgeschlagenen Antriebsanordnung kann das Geberelement vorzugsweise etwa scheibenförmig oder dergleichen ausgeführt sein und drehfest mit der Tretkurbelwelle verbunden werden, wobei auf dem scheibenförmigen Geberelement zumindest ein Dehnmessstreifen oder dergleichen zum Detektieren des durch die Muskelkraft aufgebrachten Drehmomentes angeordnet ist und wobei der dem Geberelement zugewandte Drehmomentsensor gehäusefest angeordnet ist.
  • Um einerseits eine Übertragung des durch Muskelkraft aufgebrachten Drehmomentes von der Tretkurbelwelle auf den Eingang des Tretlagergetriebes sicherzustellen und andererseits gleichzeitig eine Erfassung bzw. Sensierung dieses Drehmomentes zu gewährleisten, ist das Geberelement mit einem Übertragungselement oder dergleichen drehfest verbunden, wobei das Übertragungselement wiederum drehfest mit einem Getriebeeingangselement des Tretlagergetriebes verbunden ist.
  • Vorzugsweise kann der zur Übertragung des Drehmoments der elektrischen Maschine vorgesehene Primärtrieb als Riementrieb, Kettentrieb oder dergleichen ausgeführt sein. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn ein koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnetes Ketten- oder Riemenrad entweder drehfest oder zum Beispiel über eine Freilaufkupplung mit dem Getriebeeingangselement oder mit dem Übertragungselement verbindbar oder verbunden ist. Wenn die Verbindung über eine Freilaufkupplung erfolgt, wird ein Mitschleppen der elektrischen Maschine verhindert, wenn keine elektrische Drehmomentunterstützung erfolgt.
  • Um eine kosten- und auch bauraumgünstige Lagerung des Ketten- oder Riemenrades des Primärtriebes bei der vorgeschlagenen Antriebsanordnung zu realisieren, ist vorgesehen, dass das Ketten- oder Riemenrad über ein Wälzlager, Nadellager oder dergleichen auf dem Übertragungselement gelagert ist. Um bei dieser Art der Lagerung eine lösbare Verbindung des Ketten- oder Riemenrades mit dem Eingang des Tretlagergetriebes zu realisieren, ist das Ketten- oder Riemenrad über die Freilaufkupplung mit dem Getriebeeingangselement wirkverbunden.
  • Eine alternative Lagerung des Ketten- oder Riemenrades kann bei der vorgeschlagenen Antriebsanordnung dadurch realisiert werden, dass das Ketten- oder Riemenrad über ein Gleitlager oder dergleichen auf dem Getriebeeingangselement gelagert und über die Freilaufkupplung mit dem Getriebeeingangselement verbindbar ist. Das Gleitlager kann quasi in das Getriebeeingangselement integriert werden und so besonders bauraum- und kostensparend angeordnet werden. Aufgrund der geringen Relativbewegung zwischen der Tretkurbelwelle bzw. dem Übertragungselement einerseits und dem Getriebeeingangselement andererseits ist der Einsatz eines bauraumsparenden und besonders kostengünstigen Gleitlagers möglich. Hieraus ergibt sich zudem eine besonders geringe radiale Toleranzkette.
  • Eine weitere besonders bauraumgünstige und gleichzeitig kostengünstige Lagerung des Ketten- oder Riemenrades wird bei der vorgeschlagenen Antriebsanordnung dadurch realisiert, dass das Ketten- oder Riemenrad über die Freilaufkupplung auf dem Übertragungselement gelagert ist und mit dem Übertragungselement verbunden ist. Demzufolge wird der Primärtrieb über die bereits vorhandene Verbindung zwischen dem Übertragungselement und dem Getriebeeingangselement mit dem Tretlagergetriebe gekoppelt, ohne dass eine zusätzliche direkte Verbindung des Primärtriebes mit dem Getriebeeingangselement erforderlich ist. Hierdurch können Bauteile eingespart werden und somit der erforderliche Bauraum reduziert werden.
  • Vorzugsweise können ein Außenring der Freilaufkupplung mit dem Ketten- oder Riemenrad und ein Innenring der Freilaufkupplung mit dem Übertragungselement verbunden werden. Besonders geeignet ist diese Ausführung für nahezu permanent elektrisch unterstützte Fahrräder oder Pedelecs, weil bei dieser Ausführung nahezu keine Differenzdrehzahl zwischen dem Außenring und dem Innenring der Freilaufkupplung auftritt.
  • Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Fahrrad oder Pedelec mit zumindest einer vorbeschriebenen Antriebsanordnung gelöst, wodurch sich weitere und die bereits beschriebenen Vorteile ergeben.
  • Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine Prinzipansicht einer Ausführung einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung eines Fahrrades bzw. Pedelecs;
    • 2 eine Detailansicht einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung mit einer Wälzlagerung eines Ketten- oder Riemenrades auf einem Übertragungselement einer Drehmomentsensierung;
    • 3 eine Detailansicht einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung mit einer Gleitlagerung des Ketten- oder Riemenrades auf einem Getriebeeingangselement eines Tretlagergetriebes; und
    • 4 eine Detailansicht einer dritten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung mit einer Lagerung des Ketten- oder Riemenrades über eine Freilaufkupplung auf dem Übertragungselement der Drehmomentsensierung.
  • In den 1 bis 4 sind verschiedene Ausführungen einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung anhand eines Fahrrades oder Pedelecs 1 lediglich beispielhaft dargestellt.
  • Die Antriebsanordnung umfasst ein Gehäuse 2 als Tretlagergehäuse zwischen Tretkurbeln 12 mit einem koaxial zu einer Tretkurbelwelle 3 angeordneten mehrstufigen bzw. schaltbaren Tretlagergetriebe 4, welches lediglich schematisch angedeutet ist. Ein Abtrieb 5 des Tretlagergetriebes 4 ist über einen als Ketten- oder Riementrieb ausgeführten Sekundärtrieb 6 mit einem Antriebsrad bzw. Laufrad 7 des Fahrrades oder Pedelecs 1 verbindbar oder verbunden. Ferner ist in dem Gehäuse 2 eine elektrische Maschine 8 vorgesehen, wobei eine Rotorwelle 9 der elektrischen Maschine 8 achsparallel zur Tretkurbelwelle 3 angeordnet ist. Die Rotorwelle 9 der elektrischen Maschine 8 ist über einen koaxial zu der Rotorwelle 9 angeordneten Reduzierradsatz 10 und über einen als Ketten- oder Riementrieb ausgeführten Primärtrieb 11 mit einem Eingang des Tretlagergetriebes 4 je nach Ausführungsvariante direkt verbunden oder indirekt verbindbar. Als Reduzierradsatz 10 ist vorzugsweise ein Planetenradsatz mit Stufenplaneten vorgesehen, bei dem die Ausgangsdrehzahl gegenüber dessen Eingangsdrehzahl reduziert wird. Die Tretkurbelwelle 3 ist über eine Drehmomentsensierung mit dem Eingang des Tretlagergetriebes 4 verbunden.
  • Unabhängig von den dargestellten Ausführungsvarianten ist bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung vorgesehen, dass der Primärtrieb 11 axial zwischen der Drehmomentsensierung und dem Eingang des Tretlagergetriebes 4 angeordnet ist. Ferner ist der Reduzierradsatz 10 axial auf der der elektrischen Maschine 8 abgewandten Seite des Primärtriebes 11 im Wesentlichen radial oberhalb der Drehmomentsensierung zwischen einer der Tretkurbeln 12 der Tretkurbelwelle 3 und dem Primärtrieb 11 angeordnet. Als Drehmomentsensierung ist bei der vorgeschlagenen Antriebsanordnung vorgesehen, dass ein etwa scheibenförmiges Geberelement 13 drehfest mit der Tretkurbelwelle 3 verbunden ist. Auf dem scheibenförmigen Geberelement 13 ist zumindest ein Dehnmessstreifen angeordnet, mit dem das durch Muskelkraft auf die Tretkurbelwelle 3 aufgebrachte Drehmoment detektiert wird. Ferner umfasst die Drehmomentsensierung ein das Geberelement 13 erfassendes Nehmerelement, welches als Drehmomentsensor 14 ausgeführt ist. Der Drehmomentsensor 14 ist in dem Gehäuse 2 derart befestigt, dass dieser dem scheibenförmigen Geberelement 13 zugewandt ist. Um das Drehmoment der Tretkurbelwelle 3 auf den Eingang des Tretlagergetriebes 4 zu übertragen, ist das Geberelement 13 mit einem Übertragungselement 15 drehfest verbunden. Das Übertragungselement 15 kann beispielsweise L- förmig ausgeführt werden, wobei die horizontale Basis der L-Form des Übertragungselements 15 über eine Mitnahmeverzahnung drehfest mit einem Getriebeeingangselement 16 des Tretlagergetriebes 4 verbunden ist.
  • Bei der in 2 dargestellten ersten Ausführungsvariante der Antriebsanordnung ist zudem vorgesehen, dass ein koaxial zur Tretkurbelwelle 3 angeordnetes Ketten- oder Riemenrad 17 des Primärtriebes 11 über eine vorzugsweise nicht aktiv schaltbare Freilaufkupplung 18 mit dem Getriebeeingangselement 16 des Tretlagergetriebes 4 verbindbar ist. Die quasi als mechanischer Freilauf mit einem Außenring 19 und einem Innenring 20 ausgeführte Freilaufkupplung 18 überträgt im gesperrten Zustand das elektrisch erzeugte Drehmoment der elektrischen Maschine 8 auf das Getriebeeingangselement 16 des Tretlagergetriebes 4. Ferner ist bei der ersten Ausführungsvariante vorgesehen, dass das Ketten- oder Riemenrad 17 des Primärtriebes 11 über ein Wälzlager 21 auf der horizontalen Basis des im Querschnitt L-förmigen Übertragungselements 15 gelagert ist.
  • In 3 ist eine zweite Ausführungsvariante der Antriebsanordnung gezeigt, bei der eine alternative Lagerung des Ketten- oder Riemenrades 17 des Primärtriebes 11 realisiert ist. Das Ketten- oder Riemenrad 17 des Primärtriebes 11 ist ebenso wie bei der ersten Ausführungsvariante über die Freilaufkupplung 18 mit dem Getriebeeingangselement 16 des Tretlagergetriebes 4 wirkverbunden. Zudem ist das Ketten- oder Riemenrad 17 des Primärtriebes 11 über ein Gleitlager 22 auf dem Getriebeeingangselement 16 des Tretlagergetriebes 4 gelagert.
  • Schließlich ist in 4 eine dritte Ausführungsvariante der Antriebsanordnung gezeigt, bei der das Ketten- oder Riemenrad 17 des Primärtriebes 11 über die Freilaufkupplung 18 auf der horizontalen Basis des im Querschnitt L-förmigen Übertragungselements 15 einerseits gelagert und andererseits wirkverbunden ist. Hierzu ist der Außenring 19 der Freilaufkupplung 18 mit dem Ketten- oder Riemenrad 17 des Primärtriebes 11 verbunden, während der Innenring 20 der Freilaufkupplung 18 mit der horizontalen Basis des Übertragungselements 15 verbunden ist.
  • Bezugszeichen
    • 1
    Fahrrad oder Pedelec
    2
    Gehäuse
    3
    Tretkurbelwelle
    4
    Tretlagergetriebe
    5
    Abtrieb des Tretlagergetriebes
    6
    Sekundärtrieb
    7
    Laufrad
    8
    elektrische Maschine
    9
    Rotorwelle
    10
    Reduzierradsatz
    11
    Primärtrieb
    12
    Tretkurbel
    13
    Geberelement
    14
    Drehmomentsensor bzw. Nehmerelement
    15
    Übertragungselement
    16
    Getriebeeingangselement
    17
    Ketten- oder Riemenrad des Primärtriebes
    18
    Freilaufkupplung
    19
    Außenring der Freilaufkupplung
    20
    Innenring der Freilaufkupplung
    21
    Wälzlager
    22
    Gleitlager
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102018208380 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Antriebsanordnung für ein Fahrrad oder Pedelec (1) in einem Gehäuse (2) mit einer Tretkurbelwelle (3), mit einem koaxial zu der Tretkurbelwelle (3) angeordneten mehrstufigen Tretlagergetriebe (4), mit zumindest einer elektrischen Maschine (8) mit einer achsparallel zur Tretkurbelwelle (3) angeordneten Rotorwelle (9) und mit einem koaxial zu der Rotorwelle (9) angeordneten Reduzierradsatz (10), wobei die Rotorwelle (9) der elektrischen Maschine (8) über den Reduzierradsatz (10) und über einen Primärtrieb (11) mit einem Eingang des Tretlagergetriebes (4) direkt oder indirekt verbindbar oder verbunden ist, wobei die Tretkurbelwelle (3) über eine Drehmomentsensierung mit dem Eingang des Tretlagergetriebes (4) verbunden ist, wobei der Primärtrieb (11) axial zwischen der Drehmomentsensierung und dem Eingang des Tretlagergetriebes (4) angeordnet ist und wobei ein Ausgang des Tretlagergetriebes (4) über einen Sekundärtrieb (6) mit einem Laufrad (7) verbindbar oder verbunden ist.
  2. Antriebsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduzierradatz (10) axial auf der der elektrischen Maschine (8) abgewandten Seite des Primärtriebes (11) im Wesentlichen radial oberhalb der Drehmomentsensierung zwischen einer Tretkurbel (12) der Tretkurbelwelle (3) und dem Primärtrieb (11) angeordnet ist.
  3. Antriebsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentsensierung zumindest ein Geberelement (13) und einen das Geberelement (13) erfassenden als Nehmerelement ausgeführten Drehmomentsensor (14) umfasst.
  4. Antriebsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberelement (13) etwa scheibenförmig ausgeführt und drehfest mit der Tretkurbelwelle (3) verbunden ist, wobei auf dem scheibenförmigen Geberelement (13) zumindest ein Dehnmessstreifen angeordnet ist, und dass der dem Geberelement (13) zugewandte Drehmomentsensor (14) gehäusefest angeordnet ist.
  5. Antriebsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Geberelement (13) mit einem Übertragungselement (15) drehfest verbunden ist, wobei das Übertragungselement (15) drehfest mit einem Getriebeeingangselement (16) des Tretlagergetriebes (3) verbunden ist.
  6. Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Primärtrieb (11) als Ketten- oder Riementrieb ausgeführt ist und dass ein koaxial zur Tretkurbelwelle (3) angeordnetes Ketten- oder Riemenrad (17) drehfest oder über eine Freilaufkupplung (18) mit dem Getriebeeingangselement (16) oder mit dem Übertragungselement (15) verbindbar oder verbunden ist.
  7. Antriebsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ketten- oder Riemenrad (17) des Primärtriebes (11) über ein Wälzlager (21) auf dem Übertragungselement (15) gelagert ist und dass das Ketten- oder Riemenrad (17) des Primärtriebes (11) über die Freilaufkupplung (18) mit dem Getriebeeingangselement (16) verbindbar ist.
  8. Antriebsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ketten- oder Riemenrad (17) des Primärtriebes (11) über ein Gleitlager (22) auf dem Getriebeeingangselement (16) gelagert und über die Freilaufkupplung (18) mit dem Getriebeeingangselement (16) verbindbar ist.
  9. Antriebsanordnung nach Anspruch 6, Dadurch gekennzeichnet, dass das Ketten- oder Riemenrad (17) des Primärtriebes (11) über die Freilaufkupplung (18) auf dem Übertragungselement (15) gelagert und mit dem Übertragungselement (15) verbindbar ist.
  10. Fahrrad oder Pedelec (1) mit einer Antriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche.
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