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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein Fahrrad. Zudem betrifft die Erfindung Fahrräder.
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Stand der Technik
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Bei Fahrrädern ist eine Gangschaltung ein wichtiges Bauteil, um ein komfortables Fahren mit unterschiedlichen Gängen zu ermöglichen. Je genauer eine Übersetzung in einem Antriebsstrang des Fahrrads an eine derzeitige Fahrgeschwindigkeit angepasst werden kann, desto besser kann ein Fahrer mit einer für diesen komfortablen Kurbelgeschwindigkeit in die Pedale treten. Für eine entsprechende Anpassbarkeit der Übersetzung ist jedoch üblicherweise ein komplexes Getriebe mit großem Bauraumbedarf erforderlich. Bei einer Anordnung des Getriebes in einem Fahrradrahmen ist der Bauraum jedoch sehr begrenzt. Ebenso ist auch eine hohe Spreizung der Übersetzung gewünscht, um ebenso hohe Steigungen einfach bewältigen wie hohe Fahrgeschwindigkeiten erreichen zu können.
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Moderne Fahrräder werden zudem häufig mit einer elektrischen Antriebskraftunterstützung gebaut. Solche Fahrräder sind auch als Pedelecs bekannt. Dadurch können beispielsweise auch Menschen mit einer geringen Kondition bequem ein Fahrrad nutzen. Auch für die Nutzung elektrischer Maschinen zur Antriebskraftunterstützung ist die Anpassbarkeit einer Übersetzung wünschenswert.
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In der
DE 10 2015 208 355 A1 ist ein Fahrzeug mit einem Getriebe in Planetenbauweise beschrieben, welches durch seinen Aufbau besonders geeignet für Elektrofahrzeuge sein soll.
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Darstellung der Erfindung
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Ein erster Aspekt betrifft einen Antriebsstrang für ein Fahrrad. Ein Fahrrad kann beispielsweise als ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug oder als ein Pedelec ausgebildet sein. Wenigstens ein Teil einer Energie zum Erzeugen einer Antriebskraft kann beispielsweise durch einen Fahrer bereitgestellt werden. Ein Fahrrad weist beispielsweise einen Fahrradrahmen und wenigstens zwei daran drehbar befestigte Laufräder auf. Der Antriebsstrang kann zum Bereitstellen einer Antriebskraft an wenigstens einem angetriebenen dieser Laufräder ausgebildet sein.
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Der Antriebsstrang weist eine Kurbelwelle auf. An der Kurbelwelle können Kurbelarme mit daran drehbar befestigten Pedalen befestigt sein. Über die Pedale kann ein Fahrer des Fahrzeugs mittels beispielsweise seiner Beine Muskelkraft auf die Kurbelwelle aufbringen. Über die Kurbelwelle kann Muskelkraft in den Antriebsstrang eingeleitet werden. Die Kurbelwelle kann beispielsweise als zentrale Welle ausgebildet sein, welche sich quer durch einen Fahrradrahmen hindurch erstreckt. Die Kurbelwelle und optional auch der gesamte Antriebsstrang können an einem Tretlagerbereich des Fahrradrahmens gelagert sein.
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Der Antriebsstrang weist eine elektrische Maschine mit einer Motorwelle auf. Neben dieser elektrischen Maschine kann der Antriebsstrang weitere elektrische Maschinen aufweisen. Alternativ kann der Antriebsstrang frei von zusätzlichen elektrischen Maschinen sein. Die elektrische Maschine kann dazu ausgebildet sein, Antriebsleistung an deren Motorwelle bereitzustellen. Die elektrische Maschine kann frei von weiteren Motorwellen sein. Durch die elektrische Maschine kann beispielsweise eine Antriebsleistung für eine Abtriebswelle bereitgestellt werden. Die elektrische Maschine kann auch über die Kurbelwelle angetrieben werden, beispielsweise zur Erzeugung von elektrischer Energie. Dazu kann die Kurbelwelle mit der Motorwelle dieser elektrischen Maschine mechanisch wirkverbindbar sein. Die so erzeugte elektrische Energie kann zum Betreiben einer weiteren elektrischen Maschine genutzt werden, welche durch eine Umwandlung in eine mechanische Energie einen Vortrieb für das Fahrrad bereitstellen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die so erzeugte Energie in einem Energiespeicher des Antriebsstrangs gespeichert werden.
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Eine elektrische Maschine kann dazu ausgebildet sein, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Alternativ oder zusätzlich kann eine elektrische Maschine zur Rekuperation ausgebildet sein. Eine elektrische Maschine kann beispielsweise als Asynchronmotor oder Synchronmotor ausgebildet sein. Der Antriebsstrang kann eine Energiespeichereinrichtung aufweisen, beispielsweise einen Akkumulator. Mit der Energiespeichereinrichtung können jeweilige elektrische Maschinen des Antriebsstrangs mit elektrischer Energie zu deren Betrieb versorgt werden. Alternativ oder zusätzlich kann bei Rekuperation elektrische Energie von jeweiligen elektrischen Maschinen in die Energiespeichereinrichtung eingespeist werden. Sofern generatorisch durch Muskelkraft erzeugte elektrische Energie der weiteren elektrischen Maschine zum Antreiben des Fahrrads zur Verfügung gestellt wird, kann die elektrische Energie direkt übertragen werden oder auch in der Energiespeichereinrichtung zwischengespeichert werden. Die Energiespeichereinrichtung kann auch zur Pufferung dienen, sodass beispielsweise durch den Fahrer mit konstanter Leistung Strom erzeugt wird und zum Vortrieb des Fahrrads trotzdem eine schwankende Leistung abgerufen werden kann, beispielsweise um Steigungen bei konstanter Fahrgeschwindigkeit zu kompensieren. Der Antriebsstrang kann einen Inverter als Steuereinrichtung aufweisen, welcher zwischen der Energiespeichereinrichtung und einer elektrischen Maschine eine Leistungsübertragung steuern kann. Der Inverter kann einen Betrieb einer elektrischen Maschine steuern. Pro elektrischer Maschine kann ein Inverter vorgesehen sein. Alternativ kann ein Inverter für mehrere elektrische Maschinen vorgesehen sein.
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Der Antriebsstrang kann zur stufenlosen Übersetzung oder gestuften Übersetzung von einer Kurbelwelle des Antriebsstrangs zu einer Abtriebswelle des Antriebsstrangs ausgebildet sein. Der Antriebsstrang kann auch frei von einer Abtriebswelle sein, insbesondere einer mit der Kurbelwelle mechanisch wirkverbindbaren Abtriebswelle. Beispielsweise kann dadurch ein Drehmoment und alternativ oder zusätzlich eine Drehzahl von jeweiligen Eingangswellen zu der Abtriebswelle mit einem einstellbaren Übersetzungsverhältnis übertragen werden. Der Antriebsstrang kann beispielsweise zur stufenlosen Übersetzung eines Drehmoments zwischen der Kurbelwelle und der Abtriebswelle ausgebildet sein. Eine stufenlose Übersetzung kann bedeuten, dass ein Übersetzungsverhältnis wenigstens in einem bestimmten Übersetzungsbereich frei gewählt werden kann. Dadurch kann die Übersetzung besonders gut, mit wenigen Teilen und geringem Bauraumbedarf an eine derzeitige Fahrsituation angepasst werden. Im Gegensatz dazu können bei einem gestuften Getriebe beispielsweise nur diskrete Übersetzungsverhältnisse selektiert werden. Der Antriebsstrang kann für eine einzige konstante Übersetzung zwischen der Kurbelwelle und der Motorwelle ausgebildet sein. Dabei kann optional ein Freilauf vorgesehen sein, mit welchem eine Drehmomentübertragung mit der konstanten Übersetzung unterbrochen sein kann. Dadurch kann der Antriebsstrang besonders einfach sein. Sofern über die Kurbelwelle ausschließlich eine Stromerzeugung möglich ist und kein mechanisches Antreiben des Fahrrads, kann hierdurch ein Fahrkomfort unbeeinträchtigt sein. Für die weitere elektrische Maschine zum Erzeugen des Vortriebs kann ein zugeordnetes Getriebe mit fester oder veränderbarer Übersetzung vorgesehen sein.
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Der Antriebsstrang weist ein Getriebe auf. Das Getriebe kann für eine Drehmomentübertragung zwischen der Kurbelwelle und der Motorwelle ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Getriebe für eine Drehmomentübertragung von der Kurbelwelle an die Abtriebswelle ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Getriebe für eine Drehmomentübertragung von der Motorwelle an die Abtriebswelle ausgebildet sein. Das Getriebe kann eine stufenlose Übersetzung ermöglichen oder auch nur ein festes Übersetzungsverhältnis bereitstellen. Das Getriebe kann frei von Kupplungen sein. Der Antriebsstrang kann als Schaltelemente beispielsweise nur Freiläufe aufweisen.
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Das Getriebe weist einen ersten Planetenradsatz mit einem ersten Sonnenrad, einem ersten Planetenträger und einem ersten Hohlrad auf. Das Getriebe weist einen zweiten Planetenradsatz mit einem zweiten Sonnenrad, einem zweiten Planetenträger und einem zweiten Hohlrad auf. Das Getriebe weist einen dritten Planetenradsatz mit einem dritten Sonnenrad, einem dritten Planetenträger und einem dritten Hohlrad auf. Das Getriebe kann beispielsweise frei von weiteren Planetenradsätzen sein. Die Nummerierung der Drehelemente kann lediglich deren Zuordnung zu dem jeweiligen Planetenradsatz dienen. Der zweite Planetenradsatz kann beispielsweise frei von weiteren Drehelementen sein, wie beispielsweise einem weiteren Sonnenrad oder einem weiteren Hohlrad.
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Der Antriebsstrang kann frei von weiteren als den hier genannten Elementen sein. Beispielsweise kann der Antriebsstrang keine weiteren Drehelemente, Schaltelemente, Planetenradsätze und alternativ oder zusätzlich elektrische Maschinen aufweisen.
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Ein Planetenradsatz kann beispielsweise als Minus-Planetenradsatz oder als Plus-Planetenradsatz ausgebildet sein. Ein Planetenradsatz kann drei Drehelemente aufweisen, ein Sonnenrad, einen Planetenträger und ein Hohlrad. An einem Planetenträger eines Planetenradsatzes können ein oder mehrere Planetenräder drehbar gelagert sein. Beispielsweise kann ein Planetenradsatz drei auf dem gleichen Durchmesser um die Kurbelwelle angeordnete Planetenräder aufweisen. Ein Sonnenrad kann eine Außenverzahnung aufweisen, mit welcher jeweilige Planetenräder kämmen. Ein Hohlrad kann eine Innenverzahnung aufweisen, mit welcher ebenfalls jeweilige Planetenräder kämmen. Bei einem Minus-Planetenradsatz kämmen die Planetenräder beispielsweise sowohl mit dem Sonnenrad als auch dem Hohlrad. Ein Minus-Planetenradsatz weist eine negative Standübersetzung auf. Alternativ kann ein Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgebildet sein. Ein Plus-Planetenradsatz weist eine positive Standübersetzung auf. Bei einem Plus-Planetenradsatz sind beispielsweise mehrere Sätze von Planetenrädern vorgesehen. In dem Fall von zwei Sätzen von Planetenrädern kämmt jedes Planetenrad eines ersten Satzes mit einem Sonnenrad und einem Planetenrad eines zweiten Satzes. Die Planetenräder des zweiten Satzes kämmen in diesem Fall mit den Planetenrädern des ersten Satzes und mit einem Hohlrad.
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Die Motorwelle ist mit dem ersten Sonnenrad drehfest verbindbar, beispielsweise mittels eines Freilaufs. Die Motorwelle kann mit dem ersten Sonnenrad auch permanent drehfest verbunden sein. Das erste Sonnenrad kann eine Eingangswelle des Getriebes bilden, an welcher eine elektrisch erzeugte Antriebskraft zur Unterstützung des Fahrers eingeleitet wird. Das erste Sonnenrad kann auch eine Ausgangswelle des Getriebes bilden, über welche die elektrische Maschine zur Stromerzeugung durch Muskelkraft antreibbar ist. Der erste Planetenträger ist mit dem zweiten Hohlrad drehfest verbindbar, beispielsweise mittels eines Freilaufs. Der erste Planetenträger kann mit dem zweiten Hohlrad auch permanent drehfest verbunden sein. Der erste Planetenträger ist mit dem dritten Sonnenrad drehfest verbindbar, beispielsweise mittels eines Freilaufs. Der erste Planetenträger kann mit dem dritten Sonnenrad auch permanent drehfest verbunden sein. Das erste Hohlrad ist mit dem zweiten Sonnenrad permanent drehfest verbunden. Der zweite Planetenträger ist festsetzbar, beispielsweise mittels eines Freilaufs. Der zweite Planetenträger kann auch festgesetzt sein, beispielsweise durch eine permanente drehfeste Verbindung mit einem stationären Bauteil. Der dritte Planetenträger ist mit der Kurbelwelle drehfest verbindbar, beispielsweise mittels eines Freilaufs. Der dritte Planetenträger kann mit der Kurbelwelle auch permanent drehfest verbunden sein. Der dritte Planetenträger kann somit eine Eingangswelle des Getriebes für das Einleiten einer Muskelkraft bilden. Das dritte Hohlrad ist festsetzbar, beispielsweise mittels eines Freilaufs. Das dritte Hohlrad kann auch festgesetzt sein, beispielsweise durch eine permanente drehfeste Verbindung mit einem stationären Bauteil. Es ergibt sich ein Getriebe mit kompakter Bauweise, hoher Übersetzung und wenigen Teilen. Das Getriebe kann so auch frei von aktiv zu betätigenden Schaltelementen sein.
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Der Antriebsstrang kann beispielsweise keinen, einen oder zwei Freiläufe aufweisen. Jeweilige zuvor als verbindbar beschriebene Elemente, zwischen denen kein Freilauf vorgesehen ist, können dann permanent verbunden sein. Beispielsweise kann der Antriebsstrang nur einen einzigen Freilauf aufweisen, mittels welchem die Kurbelwelle mit dem dritten Planetenträger drehfest verbindbar ist. Dann können alle weiteren zuvor als verbindbar beschriebenen Verbindungen des Getriebes und dessen Planetenradsätze permanent verbunden sein, also beispielsweise ohne eine Möglichkeit zur Trennung der Verbindung.
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Wenn zwei Elemente mechanisch wirkverbunden sind, so können diese unmittelbar oder mittelbar derart miteinander gekoppelt sein, dass eine Bewegung des einen Elements eine Reaktion des anderen Elements bewirken kann. Beispielsweise kann eine mechanische Wirkverbindung durch eine formschlüssige oder reibschlüssige Verbindung bereitgestellt werden. Eine mechanische Wirkverbindbarkeit kann durch einen Freilauf oder eines anderen Schaltelements herstellbar und auch trennbar sein. Eine mechanische Wirkverbindung kann dagegen dauerhaft bestehen. Beispielsweise kann die mechanische Wirkverbindung einem Kämmen von korrespondierenden Verzahnungen von zwei Elementen entsprechen. Zwischen mechanisch miteinander wirkverbundenen Elementen können weitere Elemente vorgesehen sein.
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Unter einer permanent drehfesten Verbindung zweier Elemente wird eine Verbindung verstanden, bei welcher die beiden Elemente zu allen bestimmungsgemäßen Zuständen 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 beispielsweise als drehfest miteinander verbundene einzelne Komponenten oder auch einstückig vorliegen.
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Eine Verbindung zweier Elemente über ein weiteres Element kann bedeuten, dass dieses weitere Element an einer mittelbaren Wirkverbindung der beiden Elemente beteiligt sein kann. Beispielsweise kann dieses Element im Kraftfluss zwischen diesen beiden Elementen angeordnet sein. Eine Verbindung zweier Elemente über zwei oder mehr Elemente kann bedeuten, dass diese weiteren Elemente alle an einer mittelbaren Wirkverbindung der beiden Elemente beteiligt sind. Eine schaltbare Verbindung kann in einem Zustand eine Drehmomentübertragung zwischen zwei Elementen ermöglichen, beispielsweise durch eine starre Kopplung, und in einem anderen Zustand diese Drehmomentübertragung im Wesentlichen unterbrechen. Dafür kann zwischen den zwei Elementen ein entsprechendes Schaltelement vorgesehen sein.
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Ein festgesetztes Bauteil ist beispielsweise nicht drehbar. Beispielsweise kann der zweite Planetenträger permanent drehfest oder durch einen Freilauf lösbar mit einem stationären Bauteil, wie einem Gehäuse des Getriebes, verbunden sein. Das Gehäuse kann beispielsweise durch den Fahrradrahmen gebildet sein oder mit diesem permanent drehfest verbunden sein.
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Der zweite Planetenradsatz ist radial außen mit dem ersten Planetenradsatz verschachtelt. Es kann somit wenigstens ein Drehelement des ersten Planetenradsatzes wenigstens teilweise im gleichen Axialbereich wie ein Drehelement des zweiten Planetenradsatzes angeordnet sein. Beispielsweise kann wenigstens das erste Hohlrad und das zweite Sonnenrad wenigstens teilweise im gleichen Axialbereich angeordnet sein. Ein Axialbereich kann beispielsweise zu einer Erstreckung entlang der Kurbelwelle korrespondieren. Alle Drehelemente des zweiten Planetenradsatzes können aufgrund der radial außenseitigen Verschachtelung mit dem ersten Planetenradsatz radial außen zu allen Drehelementen des ersten Planetenradsatzes angeordnet sein. Beispielsweise können aufgrund der radial außenseitigen Verschachtelung alle Drehelemente des zweiten Planetenradsatzes jeweils einen Wirkdurchmesser haben, welche größer als alle Wirkdurchmesser aller Drehelemente des ersten Planetenradsatzes sind. Beispielsweise kann ein Wirkdurchmesser einer Innenverzahnung des ersten Hohlrads kleiner sein als ein Wirkdurchmesser einer Außenverzahnung des zweiten Sonnenrads. Aufgrund der radialen Verschachtelung kann das Getriebe axial sehr kompakt sein, sodass auch in einem begrenzten Bauraum eines Fahrradrahmens eine hohe stufenlose Übersetzung realisiert werden kann. Aufgrund der radialen Verschachtelung können die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes und die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes relativ klein sein und deren Verzahnungen einen vergleichsweise kleinen Modul, beispielsweise aufgrund von kleinen Zähnen, aufweisen. Eine solche Bauweise ist dennoch ohne Überlastung des Getriebes möglich, da ein hohes möglicherweise durch den Fahrer an der Kurbelwelle eingeleitetes Drehmoment mittels des dritten Planetenradsatzes stark reduziert wird. Dadurch kann eine Belastung des ersten Planetenradsatzes und des zweiten Planetenradsatzes gering sein.
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Die Planetenräder des ersten Planetenradsatzes und die Planetenräder des zweiten Planetenradsatzes können einen im Wesentlichen gleich großen Wirkdurchmesser haben. Dafür kann jeweils eine entsprechende Standübersetzung des ersten Planetenradsatzes und des zweiten Planetenradsatzes gewählt werden. Dadurch kann vermieden werden, dass aufgrund eines großen Wirkdurchmesser bei den Planetenrädern von einem dieser beiden Planetenradsätze ein Wirkdurchmesser bei den Planetenrädern des anderen dieser beiden Planetenradsätze aufgrund einer radialen Bauraumlimitierung klein sein muss. Eine solche Bauraumlimitierung kann sehr kleine Planetenlager bedingen. Ohne diese Bauraumlimitierung können dagegen größere Planetenlager genutzt werden, wodurch eine Lebensdauer der Lager hoch sein kann.
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In einer Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass das erste Hohlrad und das zweite Sonnenrad durch ein gemeinsames Bauteil gebildet sind. Dadurch kann der Antriebsstrang sehr kompakt, robust und kostengünstig sein. Beispielsweise kann dieses Bauteil einstückig mit einer Außenverzahnung und einer Innenverzahnung ausgebildet sein. Beispielsweise kann dieses Bauteil auch aus mehreren Teilen gebildet sein. Durch die Ausbildung als gemeinsames Bauteil kann auf eine getrennte Lagerung von dem ersten Hohlrad und dem zweiten Sonnenrad verzichtet werden. Stattdessen können diese beispielsweise gemeinsam gelagert sein.
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In einer Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang dazu ausgebildet ist, mittels einer an der Kurbelwelle eingeleiteten Antriebskraft die erste elektrische Maschine zum Erzeugen von elektrischer Energie anzutreiben. Dadurch kann ein Energiespeicher geladen werden, beispielsweise um die weitere elektrische Maschine mit Energie zu versorgen. Der Antriebsstrang kann frei von einer mechanischen Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle und einem Laufrad des Fahrrads sein. Ein Vortrieb für das Fahrrad kann so nicht direkt mit Muskelkraft bereitgestellt werden. Stattdessen kann das Fahrrad nur mittelbar elektrisch angetrieben werden. Eine solche Bauweise kann mechanische Wirkverbindungen zu dem Laufrad des Fahrrads zum Bereitstellen von Vortriebskraft erleichtern und ein Bauraum besser ausgenutzt werden. Beispielsweise kann im Tretlagerbereich lediglich Strom erzeugt werden. An dem zumindest einen Hinterrad kann zumindest ein Nabenmotor angeordnet sein, welcher den erzeugten Strom zum Erzeugen von Vortrieb umwandelt. Der Nabenmotor kann beispielsweise lediglich elektrisch mit dem Tretlagerbereich verbunden sein. Die erzeugte elektrische Energie treibt also beispielsweise eine weitere elektrische Maschine an, optional unter Zwischenspeicherung in einem Energiespeicher, wie einer Batterie. Der Antriebsstrang kann die weitere elektrische Maschine aufweisen. Die weitere elektrische Maschine ist dazu ausgebildet, das Fahrrad anzutreiben, beispielsweise über eine mechanische Wirkverbindung mit einem Laufrad des Fahrrads. Beispielsweise wird so eine Vortriebskraft ausschließlich elektrisch erzeugt. Eine elektrische Energie für das Antreiben der weiteren elektrischen Maschine wird beispielsweise ausschließlich durch Muskelkraft erzeugt. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Energie für das Antreiben durch einen elektrisch geladenen Akkumulator bereitgestellt werden. Es ist keine mechanische Verbindung für einen direkten mechanischen Antrieb des Fahrrads mit Muskelkraft notwendig.
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In einer Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang eine Abtriebswelle aufweist. Die Abtriebswelle kann mit dem dritten Planetenträger mechanisch wirkverbindbar sein. Beispielsweise kann die Abtriebswelle über einen Freilauf mit dem dritten Planetenträger mechanisch wirkverbindbar sein. Alternativ kann die Abtriebswelle mit dem dritten Planetenträger auch permanent drehfest oder mechanisch wirkverbunden sein. Die elektrische Maschine kann so beispielsweise die Abtriebswelle antreiben. Alternativ oder zusätzlich kann die Abtriebswelle mit der Kurbelwelle mechanisch wirkverbindbar sein. Der Fahrer kann so beispielsweise das Fahrrad direkt mit Muskelkraft antreiben. Die erste elektrische Maschine kann so den Fahrer beim Antreiben des Fahrrads unterstützen. Zudem kann beispielsweise rekuperiert werden.
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Die Abtriebswelle kann über ein Kraftübertragungselement mit einem Laufrad des Fahrzeugs verbunden sein. Beispielsweise kann die Abtriebswelle über eine Kette oder einen Riemen mit einem Laufrad des Fahrzeugs verbunden sein. An der Abtriebswelle kann beispielsweise ein Ritzel permanent drehfest befestigt sein. Die Abtriebswelle kann beispielsweise koaxial zu der Kurbelwelle angeordnet sein.
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In einer Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang einen ersten Freilauf aufweist. Mittels des ersten Freilaufs kann die Kurbelwelle mit der Abtriebswelle drehfest verbindbar sein. Der erste Freilauf kann die Funktion haben, die Abtriebswelle von der Kurbelwelle in eine Drehrichtung abzukoppeln. In Trittrichtung klemmt der erste Freilauf beispielsweise. In eine entgegengesetzte Trittrichtung gibt der erste Freilauf die Verbindung beispielsweise frei. Aufgrund des Getriebes kann die elektrische Maschine beim Unterstützen des Fahrers eine hohe Drehzahl haben. Hört der Fahrer abrupt auf zu treten, könnte es aufgrund einer hohen Massenträgheit der elektrischen Maschine sonst zu einem Reaktionsmoment an der Kurbelwelle kommen. Die elektrische Maschine würde dann beispielsweise die Kurbelwelle und damit auch die Beine des Fahrers antreiben. Durch den ersten Freilauf können solche Rückwirkungen vermieden werden.
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Sofern mehr als ein Freilauf vorgesehen ist, kann es notwendig sein, dass beide Freiläufe in den Sperrzustand wechseln, um die Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle und der elektrischen Maschine herzustellen. Dadurch ist beispielsweise ein mechanische Wirkverbindung der elektrischen Maschine mit der optionalen Abtriebswelle unabhängig von einer mechanischen Wirkverbindung der Kurbelwelle mit der Abtriebswelle möglich. Beispielsweise kann die Abtriebswelle an zwei Freiläufen angebunden sein.
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Ein Freilauf kann beispielsweise als ein Sperrklinkenfreilauf oder Rollenfreilauf ausgebildet sein. Über einen Freilauf können zwei mit dem Freilauf verbundene Elemente in einem Sperrzustand des Freilaufs drehfest miteinander verbunden sein. In einem Freigabezustand können die beiden mit dem Freilauf verbundenen Elemente dagegen voneinander entkoppelt sein. Der Freilauf kann beispielsweise selbsttätig zwischen seinem Sperrzustand und seinem Freigabezustand in Abhängigkeit von einer relativen Drehrichtung der beiden mit dem Freilauf verbundenen Elemente wechseln. In dem Freigabezustand kann keine nennenswerte Drehmoment- oder Drehzahlübertragung zwischen den über den Freilauf verbindbaren Elementen erfolgen. Im Sperrzustand kann eine Drehmoment- und Drehzahlübertragung zwischen den über den Freilauf verbundenen Elementen erfolgen. Durch initiales relatives Drehen der beiden Elemente in einer ersten relativen Drehrichtung kann ein Freilauf die beiden Elemente drehfest miteinander verbinden, womit so der Sperrzustand erreicht werden kann. Ist der Sperrzustand erreicht, so kann zwischen den beiden Elementen kein relatives Drehen in die erste relative Drehrichtung erfolgen. In einer dazu entgegengesetzten zweiten relativen Drehrichtung können diese zwei Elemente dagegen durch den Freilauf voneinander entkoppelt sein. So kann der Freilauf vom Sperrzustand in den Freigabezustand überführt werden.
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In einer Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang einen zweiten Freilauf aufweist. Die Motorwelle kann mit der Abtriebswelle mittels des zweiten Freilaufs mechanisch wirkverbindbar sein. Der zweite Freilauf kann somit ein Schleppen der elektrischen Maschine vermeiden, wenn das Fahrrad rein mit Muskelkraft angetrieben werden soll. Beispielsweise kann die Motorwelle entkoppelt werden, wenn ein Energiespeicher für die Versorgung der elektrischen Maschine leer ist. Dann kann ein Wirkungsgrad des Antriebsstrangs besonders hoch sein. Der Antriebsstrang kann beispielsweise nur den ersten oder den zweiten Freilauf aufweisen. Die Nummerierung kann lediglich der Zuordnung dienen. Der Antriebsstrang kann beispielsweise auch den ersten Freilauf und den zweiten Freilauf aufweisen.
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Mittels des zweiten Freilaufs kann ein Paar von zwei Elementen in dem Getriebe drehfest miteinander verbindbar sein. Im Sperrzustand wird dann eine Drehmomentübertragung von der elektrischen Maschine zu der Abtriebswelle ermöglicht. Im Freigabezustand ist die Drehmomentübertragung unterbrochen. Dadurch kann ein Schleppen der elektrischen Maschine und optional auch Teile des Getriebes durch den Fahrer vermieden werden, beispielsweise wenn der Energiespeicher leer ist oder die elektrische Maschine aus sonstigen Gründen nicht im Betrieb ist. Dadurch kann das Fahrrad besonders effizient rein mechanisch angetrieben werden. Es kann entweder nur der erste oder der zweite Freilauf oder beide Freiläufe vorgesehen sein.
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In einer Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass der dritte Planetenträger und die Abtriebswelle mittels des zweiten Freilaufs drehfest miteinander verbindbar sind. Damit kann die elektrische Maschine sehr kurbelwellenseitig entkoppelt werden. Dadurch kann ein Schleppen von den meisten Bauteilen des Getriebes vermieden werden.
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Alternativ sind das dritte Hohlrad und ein stationäres Bauteil mittels des zweiten Freilaufs drehfest miteinander verbindbar. Der zweite Freilauf kann so bauraumsparend angeordnet sein, beispielsweise radial außenseitig zu dem dritten Hohlrad. Dadurch kann aber der dritte Planetenradsatz in seiner Größe etwas beschränkt sein und die Übersetzung dort geringer sein als ohne den entsprechend angeordneten zweiten Freilauf. Zudem muss der zweite Freilauf bei dieser Position ein geringes Drehmoment übertragen, hat allerdings im Freigabezustand ein höhere Differenzdrehzahl. Bei geringem zu übertragendem Drehmoment kann ein Freilauf kompakt und leicht sein.
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Alternativ sind der erste Planetenträger und das dritte Sonnenrad mittels des zweiten Freilaufs drehfest miteinander verbindbar. Ein durch den zweiten Freilauf zu übertragendes Drehmoment ist so im Sperrzustand nochmals kleiner, wobei jedoch die Differenzdrehzahl im Freigabezustand erhöht ist.
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Alternativ sind der erste Planetenträger und das zweite Hohlrad mittels des zweiten Freilaufs drehfest miteinander verbindbar. Ein durch den zweiten Freilauf zu übertragendes Drehmoment ist so im Sperrzustand nochmals kleiner, wobei jedoch die Differenzdrehzahl im Freigabezustand erhöht ist.
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Alternativ sind der zweite Planetenträger und das stationäre Bauteil mittels des zweiten Freilaufs drehfest miteinander verbindbar. Ein durch den zweiten Freilauf zu übertragendes Drehmoment ist so im Sperrzustand klein, wobei jedoch die Differenzdrehzahl im Freigabezustand hoch ist.
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Alternativ sind die Motorwelle und das erste Sonnenrad mittels des zweiten Freilaufs drehfest miteinander verbindbar. Ein durch den zweiten Freilauf zu übertragendes Drehmoment ist so im Sperrzustand am kleinsten, wobei jedoch die Differenzdrehzahl im Freigabezustand hoch ist. Bei dieser Bauweise wird das gesamte Getriebe geschleppt, wenn die elektrische Maschine entkoppelt ist. Der zweite Freilauf kann aber so besonders klein sein.
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In einer Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass der Antriebsstrang einen dritten Freilauf aufweist. Mittels des dritten Freilaufs kann die Motorwelle mit der Kurbelwelle drehfest verbindbar sein. Der dritte Freilauf kann die Funktion haben, die elektrische Maschine von der Kurbelwelle in eine Drehrichtung abzukoppeln. In Trittrichtung klemmt der erste Freilauf beispielsweise, damit die elektrische Maschine durch die Kurbelwelle und damit durch Muskelkraft des Fahrers antreibbar ist, um elektrische Energie zu erzeugen. In eine entgegengesetzte Trittrichtung gibt der dritte Freilauf die Verbindung beispielsweise frei. Aufgrund des Getriebes kann die elektrische Maschine bei der Stromerzeugung durch den Fahrer eine hohe Drehzahl haben. Hört der Fahrer abrupt auf zu treten, könnte es aufgrund einer hohen Massenträgheit der elektrischen Maschine zu einem Reaktionsmoment an der Kurbelwelle kommen. Die elektrische Maschine würde dann beispielsweise die Kurbelwelle und damit auch die Beine des Fahrers antreiben. Durch den dritten Freilauf kann eine solche Rückwirkung vermieden werden. Die Bezeichnung als dritter Freilauf kann lediglich der Zuordnung dienen. Beispielsweise kann der Antriebsstrang nur den dritten Freilauf aufweisen.
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In einer Ausführungsform des Antriebsstrangs ist es vorgesehen, dass der dritte Planetenträger und die Kurbelwelle mittels des dritten Freilaufs drehfest miteinander verbindbar sind. Damit kann die elektrische Maschine sehr kurbelwellenseitig entkoppelt werden. Dadurch können die meisten Bauteilen des Getriebes von der Kurbelwelle entkoppelt werden, womit eine Massenträgheit beim abrupten Aufhören mit einem Pedalieren besonders gering ist.
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Alternativ sind das dritte Hohlrad und ein stationäres Bauteil mittels des dritten Freilaufs drehfest miteinander verbindbar. Der dritte Freilauf kann so bauraumsparend angeordnet sein, beispielsweise radial außenseitig zu dem dritten Hohlrad. Dadurch kann aber der dritte Planetenradsatz in seiner Größe etwas beschränkt sein und die Übersetzung dort geringer sein als ohne den entsprechend angeordneten dritten Freilauf. Zudem muss der dritte Freilauf bei dieser Position ein geringes Drehmoment übertragen, hat allerdings im Freigabezustand ein höhere Differenzdrehzahl.
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Alternativ sind der erste Planetenträger und das dritte Sonnenrad mittels des dritten Freilaufs drehfest miteinander verbindbar. Ein durch den dritten Freilauf zu übertragendes Drehmoment ist so im Sperrzustand nochmals kleiner, wobei jedoch die Differenzdrehzahl im Freigabezustand erhöht ist.
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Alternativ sind der erste Planetenträger und das zweite Hohlrad mittels des dritten Freilaufs drehfest miteinander verbindbar. Ein durch den dritten Freilauf zu übertragendes Drehmoment ist so im Sperrzustand nochmals kleiner, wobei jedoch die Differenzdrehzahl im Freigabezustand erhöht ist.
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Alternativ sind der zweite Planetenträger und das stationäre Bauteil mittels des dritten Freilaufs drehfest miteinander verbindbar. Ein durch den dritten Freilauf zu übertragendes Drehmoment ist so im Sperrzustand klein, wobei jedoch die Differenzdrehzahl im Freigabezustand hoch ist.
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Alternativ sind die Motorwelle und das erste Sonnenrad mittels des dritten Freilaufs drehfest miteinander verbindbar. Ein durch den dritten Freilauf zu übertragendes Drehmoment ist so im Sperrzustand am kleinsten, wobei jedoch die Differenzdrehzahl im Freigabezustand hoch ist. Bei dieser Bauweise bleibt das gesamte Getriebe mit der Kurbelwelle gekoppelt, wenn die elektrische Maschine entkoppelt ist. Der dritte Freilauf kann aber so besonders klein sein.
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Jeweilige Verbindungen innerhalb oder mit dem Getriebe können, sofern dort kein Freilauf vorgesehen ist, drehfest ausgebildet sein.
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Ein zweiter Aspekt betrifft ein Fahrrad. Das Fahrrad kann beispielsweise als Pedelec ausgebildet sein. Das Fahrrad kann einen Antriebsstrang gemäß dem ersten Aspekt aufweisen. Jeweilige Merkmale und Vorteile des ersten Aspekts stellen entsprechend gleichermaßen Merkmale und Vorteile des zweiten Aspekts und umgekehrt dar. Das Fahrrad kann einen Fahrradrahmen und wenigstens ein Laufrad aufweisen.
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Die Abtriebswelle des Antriebsstrangs, sofern vorhanden, kann mit dem wenigstens einen Laufrad des Fahrrads mechanisch wirkverbindbar sein, beispielsweise mittels einer Kette oder eines Riemens. Das Laufrad kann so ein angetriebenes Laufrad sein. Das Laufrad kann beispielsweise eine Felge und einen Mantel aufweisen. Das Laufrad kann zudem eine Nabe aufweisen. Die Nabe kann einen weiteren Freilauf aufweisen.
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Das Fahrrad kann eine weitere elektrische Maschine aufweisen. In diesem Fall kann eine mechanische Wirkverbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Laufrad entfallen, ebenso wie die Abtriebswelle. Das Fahrrad kann in diesem Fall beispielsweise nicht mechanisch direkt durch Antriebskraft antreibbar sein. Direkt kann dabei bedeuten, dass keine Wandlung einer mechanischen Energie in eine elektrische Energie und zurück erfolgt, um einen Vortrieb bereitzustellen. Die weitere elektrische Maschine kann dazu ausgebildet sein, mit von der elektrischen Maschine aufgrund von deren Antreiben mit Muskelkraft erzeugter elektrischer Energie angetrieben zu werden. Die weitere elektrische Maschine kann dazu ausgebildet sein, das Laufrad des Fahrrads anzutreiben. Die weitere elektrische Maschine kann als Nabenmotor ausgebildet sein. Die weitere elektrische Maschine kann mit dem wenigstens einen Laufrad des Fahrrads mechanisch wirkverbindbar sein, beispielsweise mittels einer Kette oder eines Riemens.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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- 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Antriebsstrangs eines Fahrrads.
- 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform des Antriebsstrangs.
- 3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform des Antriebsstrangs.
- 4 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform des Antriebsstrangs.
- 5 zeigt schematisch eine fünfte Ausführungsform des Antriebsstrangs.
- 6 zeigt schematisch eine sechste Ausführungsform des Antriebsstrangs.
- 7 zeigt schematisch eine siebte Ausführungsform des Antriebsstrangs.
- 8 zeigt schematisch eine achte Ausführungsform des Antriebsstrangs.
- 9 zeigt schematisch eine neunte Ausführungsform des Antriebsstrangs.
- 10 zeigt schematisch eine zehnte Ausführungsform des Antriebsstrangs.
- 11 zeigt schematisch eine elfte Ausführungsform des Antriebsstrangs.
- 12 zeigt schematisch eine zwölfte Ausführungsform des Antriebsstrangs.
- 13 zeigt schematisch eine dreizehnte Ausführungsform des Antriebsstrangs.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Antriebsstrangs für ein Fahrrad mit einer Kurbelwelle 10, einem Getriebe 14 und einer elektrischen Maschine EM mit einer Motorwelle W1. Die Kurbelwelle 10 definiert eine Axialrichtung und erstreckt sich als zentrale Welle durch das Getriebe 14 hindurch. Die Motorwelle W1 ist koaxial zu der Kurbelwelle 10 angeordnet.
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Das Getriebe 14 weist einen ersten Planetenradsatz 20 mit einem ersten Sonnenrad 22, einem ersten Planetenträger 24 und einem ersten Hohlrad 26 auf. An dem ersten Planetenträger 24 ist ein Satz von ersten Planetenrädern 28 drehbar gelagert, welche jeweils mit dem ersten Sonnenrad 22 und dem ersten Hohlrad 26 kämmen. Das Getriebe 14 weist einen zweiten Planetenradsatz 30 mit einem zweiten Sonnenrad 32, einem zweiten Planetenträger 34 und einem zweiten Hohlrad 36 auf. An dem zweiten Planetenträger 34 ist ein Satz von zweiten Planetenrädern 38 drehbar gelagert, welche jeweils mit dem zweiten Sonnenrad 32 und dem zweiten Hohlrad 36 kämmen. Das Getriebe 14 weist einen dritten Planetenradsatz 40 mit einem dritten Sonnenrad 42, einem dritten Planetenträger 44 und einem dritten Hohlrad 46 auf. An dem dritten Planetenträger 44 ist ein Satz von dritten Planetenrädern 48 drehbar gelagert, welche jeweils mit dem dritten Sonnenrad 42 und dem dritten Hohlrad 46 kämmen.
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Der zweite Planetenradsatz 30 ist radial außen mit dem ersten Planetenradsatz 20 verschachtelt. Alle Wirkdurchmesser der Drehelemente des zweiten Planetenradsatzes 30 sind größer als alle Wirkdurchmesser der Drehelemente des ersten Planetenradsatzes 20. Dagegen sind die Wirkdurchmesser der Planetenräder 38 des zweiten Planetenradsatzes 30, je nach Bauform, kleiner, gleich oder größer als jeweilige Wirkdurchmesser der Planetenräder 28 des ersten Planetenradsatzes 20. Zudem ist der zweite Planetenradsatz 30 wenigstens teilweise axial im gleichen Bereich wie der erste Planetenradsatz 20 angeordnet. Der Antriebsstrang ist axial so besonders kurz bauend. Der dritte Planetenradsatz 40 ist axial neben dem ersten Planetenradsatz 20 und dem zweiten Planetenradsatz 30 angeordnet. Der dritte Planetenradsatz 40 erstreckt sich in dem gezeigten Beispiel radial in Überdeckung mit dem zweiten Planetenradsatz 30 und dem ersten Planetenradsatz 20. Die drei Planetenradsätze 20, 30 und 40 sind koaxial mit der Kurbelwelle 10 angeordnet.
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Die Motorwelle W1 ist mit dem ersten Sonnenrad 22 drehfest verbindbar. Der erste Planetenträger 24 ist mit dem zweiten Hohlrad 36 drehfest verbindbar. Der erste Planetenträger 24 ist mit dem dritten Sonnenrad 42 drehfest verbindbar. Das erste Hohlrad 26 ist mit dem zweiten Sonnenrad 32 drehfest verbindbar. Das erste Hohlrad 26 und das zweite Sonnenrad 32 sind durch ein gemeinsames Bauteil gebildet, welches in dem gezeigten Beispiel als einstückiges Element mit Innenverzahnung und Außenverzahnung ausgebildet ist. Der zweite Planetenträger 34 ist an einem stationären Bauteil 50 durch eine drehfeste Verbindung festsetzbar. Das stationäre Bauteil 50 ist durch ein Gehäuse gebildet, welches mit dem Fahrradrahmen permanent drehfest verbunden ist. Der dritte Planetenträger 44 ist mit der Kurbelwelle 10 drehfest verbindbar. Das dritte Hohlrad 46 ist an dem stationären Bauteil 50 durch eine drehfeste Verbindung festsetzbar.
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Bei der ersten Ausführungsform sind alle zuvor genannten drehfesten Verbindungen, also mit Ausnahme der Verbindung zwischen der Kurbelwelle 10 und der Abtriebswelle 12, als permanent drehfeste Verbindungen ausgeführt. Das heißt, die Motorwelle W1 und das erste Sonnenrad 22, der erste Planetenträger 24 und das zweite Hohlrad 36, der erste Planetenträger 24 und das dritte Sonnenrad 42, der zweite Planetenträger 34 und das stationäre Bauteil 50, sowie das dritte Hohlrad 46 und das stationäre Bauteil 50 sind jeweils permanent drehfest miteinander verbunden. Zudem ist eine Abtriebswelle 12 permanent drehfest mit dem dritten Planetenträger 44 verbunden. Es ergibt sich ein einfaches und robustes Getriebe 14.
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Der Antriebsstrang weist die Abtriebswelle 12 auf, mittels welcher eine Antriebskraft an ein Laufrad des Fahrrads übertragbar ist. Die elektrische Maschine EM kann den Fahrradfahrer bei dem Antreiben der Abtriebswelle 12 unterstützen. Zudem kann die elektrische Maschine EM die Abtriebswelle 12 optional auch alleine antreiben.
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Die Kurbelwelle 10 ist mit der Abtriebswelle 12 mittels eines ersten Freilaufs F1 drehfest verbindbar. So kann die Kurbelwelle 10 von der Abtriebswelle 12 und damit auch der elektrischen Maschine EM entkoppelt werden.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Antriebsstrangs, welche ähnlich zur ersten Ausführungsform ausgebildet ist. Im Weiteren wird nur auf Unterschiede zur ersten Ausführungsform eingegangen.
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Bei der zweiten Ausführungsform ist lediglich zusätzlich ein zweiter Freilauf F2 vorgesehen. Die Motorwelle W1 ist mit der Abtriebswelle 12 mittels des zweiten Freilaufs F2 mechanisch wirkverbindbar. Der zweite Freilauf F2 kann somit eine mechanische Wirkverbindung zwischen der Motorwelle W1 und der Abtriebswelle 12 unterbrechen. So kann durch den Fahrradfahrer ein Vortrieb rein mit Muskelkraft bereitgestellt werden, ohne dass dabei ein Rotor der elektrischen Maschine EM geschleppt werden muss.
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Bei der zweiten Ausführungsform ist der dritte Planetenträger 44 mit der Abtriebswelle 12 mittels des zweiten Freilaufs F2 drehfest verbindbar. Der zweite Freilauf F2 ist im Drehmomentfluss von der elektrischen Maschine EM zu der Abtriebswelle 12 am abtriebsseitigsten Ende angeordnet. Dadurch ist eine Differenzdrehzahl im Freigabezustand niedrig und es müssen keine Drehelemente des Getriebes 14 geschleppt werden.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Antriebsstrangs, welche ähnlich zu der zweiten Ausführungsform ausgebildet ist. Im Weiteren wird nur auf Unterschiede zur zweiten Ausführungsform eingegangen.
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Bei der dritten Ausführungsform ist das dritte Hohlrad 46 mit dem stationären Bauteil 50, statt des dritten Planetenträgers 44 mit der Abtriebswelle 12, mittels des zweiten Freilaufs F2 drehfest verbindbar. Der zweite Freilauf F2 ist im Drehmomentfluss von der elektrischen Maschine EM zu der Abtriebswelle 12 im Vergleich zu der zweiten Ausführungsform weiter antriebsseitig angeordnet. Dadurch ist ein zu übertragendes Drehmoment im Sperrzustand niedriger, wodurch der zweite Freilauf F2 leichter und kleiner sein kann. Zudem ist der zweite Freilauf F2 axial bauraumsparend radial außen wenigstens teilweise im gleichen Axialbereich wie der dritte Planetenradsatz 40, hier zumindest des dritten Hohlrads 46, angeordnet.
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4 zeigt eine vierte Ausführungsform des Antriebsstrangs, welche ähnlich zu der dritten Ausführungsform ausgebildet ist. Im Weiteren wird nur auf Unterschiede zur dritten Ausführungsform eingegangen.
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Bei der vierten Ausführungsform ist der erste Planetenträger 24 mit dem dritten Sonnenrad 42, statt des dritten Hohlrads 46 mit dem stationären Bauteil 50, mittels des zweiten Freilaufs F2 drehfest verbindbar. Der zweite Freilauf F2 ist im Drehmomentfluss von der elektrischen Maschine EM zu der Abtriebswelle 12 im Vergleich zu der dritten Ausführungsform weiter antriebsseitig angeordnet. Dadurch ist ein zu übertragendes Drehmoment im Sperrzustand niedriger, wodurch der zweite Freilauf F2 leichter und kleiner sein kann.
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5 zeigt eine fünfte Ausführungsform des Antriebsstrangs, welche ähnlich zu der vierten Ausführungsform ausgebildet ist. Im Weiteren wird nur auf Unterschiede zur vierten Ausführungsform eingegangen.
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Bei der fünften Ausführungsform ist der erste Planetenträger 24 mit dem zweiten Hohlrad 36, statt des ersten Planetenträgers 24 mit dem dritten Sonnenrad 42, mittels des zweiten Freilaufs F2 drehfest verbindbar. Der zweite Freilauf F2 ist im Drehmomentfluss von der elektrischen Maschine EM zu der Abtriebswelle 12 im Vergleich zu der vierten Ausführungsform weiter antriebsseitig angeordnet. Dadurch ist ein zu übertragendes Drehmoment im Sperrzustand niedriger, wodurch der zweite Freilauf F2 leichter und kleiner sein kann.
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6 zeigt eine sechste Ausführungsform des Antriebsstrangs, welche ähnlich zu der vierten Ausführungsform ausgebildet ist. Im Weiteren wird nur auf Unterschiede zur vierten Ausführungsform eingegangen.
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Bei der sechsten Ausführungsform ist der zweite Planetenträger 34 mit dem stationären Bauteil 50, statt des ersten Planetenträgers 24 mit dem dritten Sonnenrad 42, mittels des zweiten Freilaufs F2 drehfest verbindbar. Der zweite Freilauf F2 ist im Drehmomentfluss von der elektrischen Maschine EM zu der Abtriebswelle 12 im Vergleich zu der vierten Ausführungsform weiter antriebsseitig angeordnet. Dadurch ist ein zu übertragendes Drehmoment im Sperrzustand niedriger, wodurch der zweite Freilauf F2 leichter und kleiner sein kann.
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7 zeigt eine siebte Ausführungsform des Antriebsstrangs, welche ähnlich zu der sechsten Ausführungsform ausgebildet ist. Im Weiteren wird nur auf Unterschiede zur sechsten Ausführungsform eingegangen.
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Bei der siebten Ausführungsform ist die Motorwelle W1 mit dem ersten Sonnenrad 22, statt des zweiten Planetenträgers 34 mit dem stationären Bauteil 50, mittels des zweiten Freilaufs F2 drehfest verbindbar. Der zweite Freilauf F2 ist im Drehmomentfluss von der elektrischen Maschine EM zu der Abtriebswelle 12 im Vergleich zu der sechsten Ausführungsform weiter antriebsseitig angeordnet. Dadurch ist ein zu übertragendes Drehmoment im Sperrzustand niedriger, wodurch der zweite Freilauf F2 leichter und kleiner sein kann. Bei der siebten Ausführungsform ist dieses Drehmoment minimal, wobei jedoch im Freigabezustand das Getriebe 14 komplett geschleppt wird.
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8 zeigt eine achte Ausführungsform des Antriebsstrangs, welche ähnlich zu der ersten Ausführungsform ausgebildet ist. Im Weiteren wird nur auf Unterschiede zur ersten Ausführungsform eingegangen.
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Bei der achten Ausführungsform entfällt die Abtriebswelle 12. Der Antriebsstrang ist somit nicht mehr dazu ausgebildet, Muskelkraft direkt mechanisch an ein Laufrad zu übertragen. Durch Pedalieren mit der Kurbelwelle 10 kann lediglich die elektrische Maschine EM zur Stromerzeugung angetrieben werden. Dieser Strom wird durch zumindest eine weitere, nicht gezeigte, elektrische Maschine in eine mechanische Energie gewandelt, um eine Vortriebskraft an zumindest einem Laufrad des Fahrrads zur Verfügung zu stellen.
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Die achte Ausführungsform weist einen dritten Freilauf F3 auf. Dieser ist an der gleichen Stelle wie bei der ersten Ausführungsform angeordnet. Mit dem dritten Freilauf F3 ist jedoch nicht die Kurbelwelle 10 von der Abtriebswelle 12 entkoppelbar, wie bei der ersten Ausführungsform. Stattdessen ist mittels des dritten Freilaufs F3 die mechanische Wirkverbindung zwischen der Motorwelle W1 und der Kurbelwelle 10 trennbar bzw. herstellbar.
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Bei der achten Ausführungsform ist der dritte Planetenträger 44 mit der Kurbelwelle 10 mittels des dritten Freilaufs F3 drehfest verbindbar. Der dritte Freilauf F3 ist im Drehmomentfluss von der Kurbelwelle 10 zu der elektrischen Maschine EM am kurbelwellenseitigsten Ende angeordnet. Dadurch ist eine Differenzdrehzahl im Freigabezustand niedrig und es müssen keine Drehelemente des Getriebes 14 geschleppt werden.
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9 zeigt eine neunte Ausführungsform des Antriebsstrangs, welche ähnlich zu der achten Ausführungsform ausgebildet ist. Im Weiteren wird nur auf Unterschiede zur achten Ausführungsform eingegangen.
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Bei der neunten Ausführungsform ist das dritte Hohlrad 46 mit dem stationären Bauteil 50, statt des dritten Planetenträgers 44 mit der Kurbelwelle 10, mittels des dritten Freilaufs F3 drehfest verbindbar. Entsprechend ist der dritte Planetenträger 44 permanent drehfest mit der Kurbelwelle 10 verbunden. Der dritte Freilauf F3 kann so ebenfalls eine Drehmomentübertragung von der elektrischen Maschine EM zu der Kurbelwelle 10 unterbrechen. Der dritte Freilauf F3 ist im Drehmomentfluss von der Kurbelwelle 10 zu der elektrischen Maschine EM im Vergleich zu der achten Ausführungsform weiter E-Maschinen-seitig angeordnet. Dadurch ist ein zu übertragendes Drehmoment im Sperrzustand niedriger, wodurch der dritte Freilauf F3 leichter und kleiner sein kann. Zudem ist der dritte Freilauf F3 axial bauraumsparend radial außen wenigstens teilweise im gleichen Axialbereich wie der dritte Planetenradsatz 40, hier zumindest des dritten Hohlrads 46, angeordnet.
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10 zeigt eine zehnte Ausführungsform des Antriebsstrangs, welche ähnlich zu der neunten Ausführungsform ausgebildet ist. Im Weiteren wird nur auf Unterschiede zur neunten Ausführungsform eingegangen.
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Bei der zehnten Ausführungsform ist der erste Planetenträger 24 mit dem dritten Sonnenrad 42, statt des dritten Hohlrads 46 mit dem stationären Bauteil 50, mittels des dritten Freilaufs F3 drehfest verbindbar. Der dritte Freilauf F3 ist im Drehmomentfluss von der Kurbelwelle 10 zu der elektrischen Maschine EM im Vergleich zu der neunten Ausführungsform weiter E-Maschinen-seitig angeordnet. Dadurch ist ein zu übertragendes Drehmoment im Sperrzustand niedriger, wodurch der dritte Freilauf F3 leichter und kleiner sein kann.
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11 zeigt eine elfte Ausführungsform des Antriebsstrangs, welche ähnlich zu der zehnten Ausführungsform ausgebildet ist. Im Weiteren wird nur auf Unterschiede zur zehnten Ausführungsform eingegangen.
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Bei der elften Ausführungsform ist der erste Planetenträger 24 mit dem zweiten Hohlrad 36, statt des ersten Planetenträgers 24 mit dem dritten Sonnenrad 42, mittels des dritten Freilaufs F3 drehfest verbindbar. Der dritte Freilauf F3 ist im Drehmomentfluss von der Kurbelwelle 10 zu elektrischen Maschine EM im Vergleich zu der zehnten Ausführungsform weiter E-Maschinen-seitig angeordnet. Dadurch ist ein zu übertragendes Drehmoment im Sperrzustand niedriger, wodurch der dritte Freilauf F3 leichter und kleiner sein kann.
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12 zeigt eine zwölfte Ausführungsform des Antriebsstrangs, welche ähnlich zu der zehnten Ausführungsform ausgebildet ist. Im Weiteren wird nur auf Unterschiede zur zehnten Ausführungsform eingegangen.
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Bei der zwölften Ausführungsform ist der zweite Planetenträger 34 mit dem stationären Bauteil 50, statt des ersten Planetenträgers 24 mit dem dritten Sonnenrad 42, mittels des dritten Freilaufs F3 drehfest verbindbar. Der dritte Freilauf F3 ist im Drehmomentfluss von der Kurbelwelle 10 zu der elektrischen Maschine EM im Vergleich zu der zehnten Ausführungsform weiter E-Maschinen-seitig angeordnet. Dadurch ist ein zu übertragendes Drehmoment im Sperrzustand niedriger, wodurch der dritte Freilauf F3 leichter und kleiner sein kann.
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13 zeigt eine dreizehnte Ausführungsform des Antriebsstrangs, welche ähnlich zu der zwölften Ausführungsform ausgebildet ist. Im Weiteren wird nur auf Unterschiede zur zwölften Ausführungsform eingegangen.
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Bei der dreizehnten Ausführungsform ist die Motorwelle W1 mit dem ersten Sonnenrad 22, statt des zweiten Planetenträgers 34 mit dem stationären Bauteil 50, mittels des dritten Freilaufs F3 drehfest verbindbar. Der dritte Freilauf F3 ist im Drehmomentfluss von der Kurbelwelle 10 zu der elektrischen Maschine EM im Vergleich zu der zwölften Ausführungsform weiter E-Maschinen-seitig angeordnet. Dadurch ist ein zu übertragendes Drehmoment im Sperrzustand niedriger, wodurch der dritte Freilauf F3 leichter und kleiner sein kann. Bei der dreizehnten Ausführungsform ist dieses Drehmoment minimal, wobei jedoch im Freigabezustand das Getriebe 14 komplett geschleppt wird.
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Bezugszeichen
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- 10
- Kurbelwelle
- 12
- Abtriebswelle
- 14
- Getriebe
- 20
- erster Planetenradsatz
- 22
- erstes Sonnenrad
- 24
- erster Planetenträger
- 26
- erstes Hohlrad
- 28
- erste Planetenräder
- 30
- zweiter Planetenradsatz
- 32
- zweites Sonnenrad
- 34
- zweiter Planetenträger
- 36
- zweites Hohlrad
- 38
- zweite Planetenräder
- 40
- dritter Planetenradsatz
- 42
- drittes Sonnenrad
- 44
- dritter Planetenträger
- 46
- drittes Hohlrad
- 48
- dritte Planetenräder
- 50
- stationäres Bauteil
- EM
- erste elektrische Maschine
- F1
- erster Freilauf
- F2
- zweiter Freilauf
- F3
- dritter Freilauf
- W1
- Motorwelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015208355 A1 [0004]
