DE102023202059B3 - Drive device for a muscle-powered vehicle - Google Patents
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Abstract
Es ist eine Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug gezeigt. Die Antriebseinrichtung weist eine Kurbelwelle (W1) zur Einleitung einer Muskelkraft, ein Überlagerungsgetriebe (RS1), eine erste elektrische Maschine (EMs) und einen Stufenplanetenradsatz (SPS1) auf. Das Überlagerungsgetriebe (RS1), die erste elektrische Maschine (EMs) und der Stufenplanetenradsatz (SPS1) sind jeweils koaxial zu der Kurbelwelle (W1) angeordnet. Die erste elektrische Maschine (EMs) ist über den Stufenplanetenradsatz (SPS1) mit dem Überlagerungsgetriebe (RS1) mechanisch wirkverbindbar. Die Kurbelwelle (W1) ist mit dem Überlagerungsgetriebe (RS1) mechanisch wirkverbindbar. Das Überlagerungsgetriebe (RS1) ist mit der Abtriebswelle (6) mechanisch wirkverbindbar.A drive device for a muscle-powered vehicle is shown. The drive device has a crankshaft (W1) for introducing muscle power, a superposition gear (RS1), a first electric machine (EMs) and a stepped planetary gear set (SPS1). The superposition gear (RS1), the first electric machine (EMs) and the stepped planetary gear set (SPS1) are each arranged coaxially to the crankshaft (W1). The first electric machine (EMs) can be mechanically connected to the superposition gear (RS1) via the stepped planetary gear set (SPS1). The crankshaft (W1) can be mechanically connected to the superposition gear (RS1). The superposition gear (RS1) can be mechanically connected to the output shaft (6).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug, wobei die Antriebseinrichtung einen Stufenplanetenradsatz und ein Überlagerungsgetriebe aufweist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, welches als Fahrrad ausgebildet ist und eine derartige Antriebseinrichtung aufweist.The present invention relates to a drive device for a muscle-powered vehicle, wherein the drive device has a stepped planetary gear set and a superposition gear. Furthermore, the present invention relates to a vehicle which is designed as a bicycle and has such a drive device.
Bekannt sind Antriebseinrichtungen für muskelkraftbetriebene Fahrzeuge, bei welchen Stufenplanetenradsätze zur Überlagerung von Muskelkraft und Antriebskraft von zumindest einer Antriebsmaschine verwendet werden. Dabei wird der Stufenplanetenradsatz nicht nur für eine Überlagerung von Kräften verwendet, sondern auch zur Übersetzung von Drehzahl und Drehmoment zwischen unterschiedlichen Elementen der Antriebseinrichtung. Oft ist jedoch eine noch höhere Übersetzung zwischen Elementen der Antriebseinrichtung gewünscht, beispielsweise bei Fahrzeugen, welche auch teilweise mit Muskelkraft angetrieben werden. Dadurch kann jedoch der Bauraumbedarf unerwünscht groß sein.Drive systems for muscle-powered vehicles are known in which stepped planetary gear sets are used to superimpose muscle power and the drive force of at least one drive machine. The stepped planetary gear set is not only used to superimpose forces, but also to translate speed and torque between different elements of the drive system. However, an even higher ratio between elements of the drive system is often desired, for example in vehicles that are also partially powered by muscle power. However, this can result in an undesirably large installation space requirement.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Antriebseinrichtung für muskelkraftbetriebene Fahrzeuge zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen gehen aus den Unteransprüchen hervor.It is therefore the object of the present invention to provide an improved drive device for muscle-powered vehicles. This object is achieved by the subject matter having the features of the independent claims. Advantageous further developments emerge from the subclaims.
Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt eine Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug. Ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug kann beispielsweise wenigstens teilweise seine Antriebskraft durch einen Fahrer bereitgestellt bekommen. Die Antriebseinrichtung kann beispielsweise einen Teil eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs bilden. Das Fahrzeug kann beispielsweise ein Fahrrad sein, wie etwa ein Pedelec.In a first aspect, the present invention relates to a drive device for a muscle-powered vehicle. A muscle-powered vehicle can, for example, have its drive power provided at least partially by a driver. The drive device can, for example, form part of a drive train of the vehicle. The vehicle can, for example, be a bicycle, such as a pedelec.
Die Antriebseinrichtung ist zur stufenlosen Übersetzung einer Drehzahl zwischen einer Kurbelwelle der Antriebseinrichtung und einer Abtriebswelle der Antriebseinrichtung ausgebildet. Die Antriebseinrichtung kann 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. Im Gegensatz dazu können bei einem gestuften Getriebe beispielsweise nur diskrete Übersetzungsverhältnisse selektiert werden.The drive device is designed for continuously variable transmission of a speed between a crankshaft of the drive device and an output shaft of the drive device. The drive device can be designed for continuously variable transmission of a torque between the crankshaft and the output shaft. Continuous transmission can mean that a transmission ratio can be freely selected at least in a certain transmission range. In contrast, with a stepped transmission, for example, only discrete transmission ratios can be selected.
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 die Antriebseinrichtung eingeleitet werden.Crank arms with pedals attached to them can be attached to the crankshaft. The driver of the vehicle can use the pedals to apply muscle power to the crankshaft, for example using his legs. The crankshaft can Muscle power is introduced into the drive system.
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. Alternativ kann die Abtriebswelle auch Teil einer Nabe eines Laufrads des Fahrzeugs sein.The output shaft can be connected to a wheel of the vehicle via a power transmission element. For example, the output shaft can be connected to a wheel of the vehicle via a chain or a belt. For example, a pinion can be permanently attached to the output shaft in a rotationally fixed manner. The output shaft can, for example, be arranged coaxially to the crankshaft. Alternatively, the output shaft can also be part of a hub of a wheel of the vehicle.
Die Antriebseinrichtung weist ein Überlagerungsgetriebe mit einer ersten Eingangswelle, einer zweiten Eingangswelle und einer Ausgangswelle auf. Beispielsweise weist das Überlagerungsgetriebe keine weiteren Ein- und Ausgangswellen auf. Über die Eingangswellen kann beispielsweise Drehmoment in das Überlagerungsgetriebe eingeleitet werden und über die Ausgangswelle kann beispielsweise Drehmoment vom Überlagerungsgetriebe ausgegeben werden. Das Überlagerungsgetriebe kann dazu ausgebildet sein, an den beiden Eingangswellen anliegende Drehmomente zu überlagern, beispielsweise durch eine Summierung. Durch anliegende Drehmomente an den Eingangswellen des Überlagerungsgetriebes kann auch ein Übersetzungsverhältnis zwischen den Eingangswellen und der Ausgangswelle variiert werden. Die Eingangswellen und die Ausgangswelle können miteinander mechanisch wirkverbunden sein, beispielsweise je nach gewählter Übersetzung. Es kann auch ein Leerlauf vorgesehen sein, in welchem eine Drehzahlübertragung zu der Ausgangswelle unterbrochen ist. Beispielsweise kann ein Leerlauf für eine relative Drehrichtung vorgesehen sein, um die Kurbelwelle von der Abtriebswelle zu entkoppeln. Dafür kann ein Freilauf vorgesehen sein.The drive device has a superposition gear with a first input shaft, a second input shaft and an output shaft. For example, the superposition gear has no further input and output shafts. For example, torque can be introduced into the superposition gear via the input shafts and torque can be output from the superposition gear via the output shaft. The superposition gear can be designed to superimpose torques applied to the two input shafts, for example by summing them. A gear ratio between the input shafts and the output shaft can also be varied by means of torques applied to the input shafts of the superposition gear. The input shafts and the output shaft can be mechanically operatively connected to one another, for example depending on the selected gear ratio. An idle can also be provided in which a speed transmission to the output shaft is interrupted. For example, an idle can be provided for a relative direction of rotation in order to decouple the crankshaft from the output shaft. A freewheel can be provided for this purpose.
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.A freewheel can be designed, for example, as a pawl freewheel or roller freewheel. Two elements connected to the freewheel can be connected to one another in a rotationally fixed manner via a freewheel when the freewheel is in a locked state. In a released state, however, the two elements connected to the freewheel can be decoupled from one another. The freewheel can, for example, automatically switch between its locked state and its released state depending on a relative direction of rotation of the two elements connected to the freewheel. In the released state, no significant torque or speed transmission can take place between the elements that can be connected via the freewheel. In the locked state, torque and speed transmission can take place between the elements connected via the freewheel. By initially rotating the two elements relative to one another in a first relative direction of rotation, a freewheel can connect the two elements to one another in a rotationally fixed manner, thus achieving the locked state. Once the locked state has been reached, no relative rotation in the first relative direction of rotation can take place between the two elements. In a second relative direction of rotation that is opposite to this, however, these two elements can be decoupled from one another by the freewheel. In this way, the freewheel can be transferred from the locked state to the released state.
Die Antriebseinrichtung weist eine erste elektrische Maschine mit einer ersten Motorwelle auf. Neben der ersten elektrischen Maschine kann die Antriebseinrichtung weitere elektrische Maschinen aufweisen. Alternativ kann die Antriebseinrichtung frei von zusätzlichen elektrischen Maschinen sein. Die erste elektrische Maschine kann dazu ausgebildet sein, Antriebsleistung an der ersten Motorwelle bereitzustellen. Die Bezeichnung erste Motorwelle kann lediglich der Zuordnung zu der ersten elektrischen Maschine dienen. Die erste elektrische Maschine kann also frei von weiteren Motorwellen sein.The drive device has a first electric machine with a first motor shaft. In addition to the first electric machine, the drive device can have further electric machines. Alternatively, the drive device can be free of additional electric machines. The first electric machine can be designed to provide drive power to the first motor shaft. The term first motor shaft can only be used to assign it to the first electric machine. The first electric machine can therefore be free of further motor shafts.
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. Die Antriebseinrichtung kann eine Energiespeichereinrichtung aufweisen, beispielsweise einen Akkumulator. Mit der Energiespeichereinrichtung können jeweilige elektrische Maschinen 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. Die Antriebseinrichtung 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.An electrical machine can be designed to convert electrical energy into mechanical energy. Alternatively or additionally, an electrical machine can be designed for recuperation. An electrical machine can be designed, for example, as an asynchronous motor or synchronous motor. The drive device can have an energy storage device, for example an accumulator. The energy storage device can be used to supply respective electrical machines with electrical energy for their operation. Alternatively or additionally, electrical energy from respective electrical machines can be fed into the energy storage device during recuperation. The drive device can have an inverter as a control device, which can control power transmission between the energy storage device and an electrical machine. The inverter can control operation of an electrical machine. One inverter can be provided per electrical machine. Alternatively, one inverter can be provided for several electrical machines.
Die Antriebseinrichtung weist ferner einen Stufenplanetenradsatz auf. Die Antriebseinrichtung kann nur einen einzigen Stufenplanetenradsatz aufweisen oder auch mehr als einen Stufenplanetenradsatz, beispielsweise zwei Stufenplanetenradsätze. Der Stufenplanetenradsatz weist ein erstes Sonnenrad, einen ersten Planetenträger, ein erstes Hohlrad sowie wenigstens einen drehbar an dem ersten Planetenträger gelagerten Stufenplaneten auf. Der Stufenplanetenradsatz kann zusätzliche Drehelemente aufweisen, wie ein weiteres Sonnenrad oder ein weiteres Hohlrad. Der Stufenplanetenradsatz kann aber auch frei von weiteren Drehelementen sein. An dem ersten Planetenträger können mehrere Stufenplaneten drehbar gelagert sein. Beispielsweise kann der Stufenplanetenradsatz drei auf einem gleichen Durchmesser um die Kurbelwelle angeordnete Stufenplaneten aufweisen. Das Sonnenrad kann eine Außenverzahnung aufweisen, mit welcher wenigstens ein Verzahnungsbereich einer Außenverzahnung jeweiliger Stufenplaneten kämmen. Das Hohlrad kann eine Innenverzahnung aufweisen, mit welcher ebenfalls wenigstens ein Verzahnungsbereich einer Außenverzahnung jeweiliger Stufenplaneten kämmen. Dabei kann es sich um den gleichen oder unterschiedliche Verzahnungsbereiche der Stufenplanetenräder handeln. Die Stufenplaneten können sowohl mit dem Sonnenrad als auch mit dem Hohlrad kämmen. Der Stufenplanet weist einen ersten Verzahnungsbereich und einen zweiten Verzahnungsbereich auf. Ein erster Wirkdurchmesser des ersten Verzahnungsbereichs kann sich von einem zweiten Wirkdurchmesser des zweiten Verzahnungsbereichs unterscheiden. Die Bezeichnung als erster Wirkdurchmesser und zweiter Wirkdurchmesser kann dabei lediglich der Zuordnung zu dem Verzahnungsbereich dienen. Beispielsweise kann der zweite Verzahnungsbereich nur einen einzigen Wirkdurchmesser aufweisen. Ein Wirkdurchmesser eines Verzahnungsbereichs kann der effektive Durchmesser eines Verzahnungsbereichs sein. Durch den Wirkdurchmesser kann eine Übersetzung zwischen zwei miteinander kämmenden Elementen definiert sein. Ein Verzahnungsbereich kann beispielsweise einem axialen Teilbereich des Stufenplaneten entsprechen, welcher eine gleichförmige Zahnstruktur aufweist, beispielsweise mit einem einheitlichen Wirkdurchmesser.The drive device further comprises a stepped planetary gear set. The drive device can comprise only a single stepped planetary gear set or more than one stepped planetary gear set, for example two stepped planetary gear sets. The stepped planetary gear set comprises a first sun gear, a first planet carrier, a first ring gear and at least one stepped planet rotatably mounted on the first planet carrier. The stepped planetary gear set can comprise additional rotating elements, such as a further sun gear or a further teres ring gear. The stepped planetary gear set can also be free of further rotating elements. Several stepped planets can be rotatably mounted on the first planet carrier. For example, the stepped planetary gear set can have three stepped planets arranged on the same diameter around the crankshaft. The sun gear can have external teeth, with which at least one toothing area of an external toothing of respective stepped planets meshes. The ring gear can have internal teeth, with which at least one toothing area of an external toothing of respective stepped planets also meshes. These can be the same or different toothing areas of the stepped planet gears. The stepped planets can mesh with both the sun gear and the ring gear. The stepped planet has a first toothing area and a second toothing area. A first effective diameter of the first toothing area can differ from a second effective diameter of the second toothing area. The designation as first effective diameter and second effective diameter can only serve to assign the gearing area. For example, the second gearing area can only have a single effective diameter. An effective diameter of a gearing area can be the effective diameter of a gearing area. The effective diameter can define a transmission between two meshing elements. A gearing area can, for example, correspond to an axial sub-area of the stepped planet, which has a uniform tooth structure, for example with a uniform effective diameter.
Das Überlagerungsgetriebe, die erste elektrische Maschine und der Stufenplanetenradsatz sind jeweils koaxial zu der Kurbelwelle angeordnet. Koaxiale Wellen haben beispielsweise die gleiche Drehachse.The superposition gear, the first electric machine and the stepped planetary gear set are each arranged coaxially to the crankshaft. Coaxial shafts, for example, have the same axis of rotation.
Die erste elektrische Maschine ist über den Stufenplanetenradsatz mit der ersten Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes mechanisch wirkverbindbar. Sind zwei Elemente miteinander mechanisch wirkverbindbar, kann beispielsweise mittels eines Freilaufs oder eines anderen Schaltelements eine Drehmomentübertragung herstellbar und auch trennbar sein. Die mechanische Wirkverbindung kann aber auch dauerhaft sein. Sind zwei Elemente miteinander mechanisch wirkverbunden, kann die Drehmomentübertragung untrennbar sein. Die erste elektrische Maschine kann über den Stufenplanetenradsatz mit der ersten Eingangswelle mechanisch wirkverbunden sein, also beispielsweise ohne die Möglichkeit einer Trennung der Wirkverbindung durch einen dazwischen angeordneten Freilauf oder ein sonstiges dazwischen angeordnetes Schaltelement.The first electric machine can be mechanically connected to the first input shaft of the superposition gear via the stepped planetary gear set. If two elements can be mechanically connected to one another, a torque transmission can be established and also separated, for example by means of a freewheel or another switching element. The mechanical connection can also be permanent. If two elements are mechanically connected to one another, the torque transmission can be inseparable. The first electric machine can be mechanically connected to the first input shaft via the stepped planetary gear set, for example without the possibility of separating the connection by means of a freewheel arranged between them or another switching element arranged between them.
Die Kurbelwelle ist mit der zweiten Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes mechanisch wirkverbindbar. Die Kurbelwelle kann mit der zweiten Eingangswelle mechanisch wirkverbunden sein. Die Kurbelwelle kann mit der zweiten Eingangswelle drehfest verbindbar sein. Sind zwei Elemente miteinander drehfest verbindbar, kann beispielsweise mittels eines Freilaufs oder eines anderen Schaltelements eine drehfest Verbindung herstellbar und auch trennbar sein. Die drehfeste Verbindung kann aber auch dauerhaft sein. Sind zwei Elemente miteinander permanent drehfest verbunden, kann die drehfeste Verbindung untrennbar sein. Die Kurbelwelle kann mit der zweiten Eingangswelle permanent drehfest verbunden sein.The crankshaft can be mechanically connected to the second input shaft of the superposition gear. The crankshaft can be mechanically connected to the second input shaft. The crankshaft can be connected to the second input shaft in a rotationally fixed manner. If two elements can be connected to one another in a rotationally fixed manner, a rotationally fixed connection can be established and also separated, for example by means of a freewheel or another switching element. The rotationally fixed connection can also be permanent. If two elements are permanently connected to one another in a rotationally fixed manner, the rotationally fixed connection can be inseparable. The crankshaft can be permanently connected to the second input shaft in a rotationally fixed manner.
Die Ausgangswelle des Überlagerungsgetriebes ist mit der Abtriebswelle mechanisch wirkverbindbar. Die Ausgangswelle kann mit der Abtriebswelle mechanisch wirkverbunden sein. Die Ausgangswelle kann mit der Abtriebswelle drehfest verbindbar sein. Die Ausgangswelle kann mit der Abtriebswelle permanent drehfest verbunden sein.The output shaft of the superposition gear can be mechanically connected to the output shaft. The output shaft can be mechanically connected to the output shaft. The output shaft can be connected to the output shaft in a rotationally fixed manner. The output shaft can be permanently connected to the output shaft in a rotationally fixed manner.
Damit wird ein einfacher Aufbau einer Antriebseinrichtung mit lediglich einem Überlagerungsgetriebe zur Überlagerung von Muskelkraft und Antriebskraft der ersten elektrischen Maschine und einem Stufenplanetenradsatz zur Übersetzung von Antriebskraft der ersten elektrischen Maschine bereitgestellt. Mit wenig mechanischem Aufwand kann eine hohe Übersetzung der Drehzahl der ersten elektrischen Maschine zum Überlagerungsgetriebes und zur Abtriebswelle bereitgestellt werden. Durch den Stufenplanetenradsatz kann eine kleine axiale Bauweise ermöglicht werden, was gerade bei Fahrrädern eine Bauweise ermöglicht, die besonders gut einem verfügbaren Bauraum entspricht. Durch die stufenlose Übersetzung, welche durch die erste elektrische Maschine bereitgestellt werden kann, kann auf eine komplexe Gangschaltung verzichtet werden. Beispielsweise sind keine Lamellenkupplungen oder Klauenkupplungen notwendig, welche aktiv zum Verändern einer Übersetzung betätigt werden müssen. Eine weitere Ketten- oder Nabenschaltung ist bei Verwendung der vorliegenden Antriebseinrichtung nicht notwendig.This provides a simple design of a drive device with just a superposition gear for superimposing muscle power and the driving force of the first electric machine and a stepped planetary gear set for translating the driving force of the first electric machine. With little mechanical effort, a high ratio of the speed of the first electric machine to the superposition gear and to the output shaft can be provided. The stepped planetary gear set enables a small axial design, which in the case of bicycles in particular enables a design that corresponds particularly well to the available installation space. The continuously variable transmission that can be provided by the first electric machine means that complex gear shifting is not necessary. For example, no multi-disk clutches or claw clutches are required, which have to be actively operated to change a transmission ratio. An additional chain or hub gear is not necessary when using the present drive device.
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.If two elements are mechanically operatively connected, they can be directly or indirectly coupled to one another in such a way that a movement of one element can cause a reaction of the other element. For example, a mechanical operative connection can be provided by a positive or frictional connection. A mechanical operative connection can be provided by a freewheel or a other switching element and can also be separated. A mechanical operative connection, on the other hand, can be permanent. For example, the mechanical operative connection can correspond to a meshing of corresponding teeth of two elements. Additional elements can be provided between mechanically operatively connected elements.
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.A permanently non-rotatable connection between two elements is understood to mean a connection in which the two elements are essentially rigidly coupled to one another in all intended states. This also includes a frictional connection in which intentional or unintentional slippage can occur. Permanently non-rotatably connected elements can, for example, be present as individual components connected to one another in a rotationally fixed manner or as a single piece.
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.A connection between two elements via a further element can mean that this further element can be involved in an indirect operative connection between the two elements. For example, this element can be arranged in the power flow between these two elements. A connection between two elements via two or more elements can mean that these further elements are all involved in an indirect operative connection between the two elements. A switchable connection can enable torque transmission between two elements in one state, for example through a rigid coupling, and in another state essentially interrupt this torque transmission. For this purpose, a corresponding switching element can be provided between the two elements.
Das Überlagerungsgetriebe weist einen zweiten Planetenradsatz auf. Das Überlagerungsgetriebe kann nur einen einzigen Planetenradsatz aufweisen oder auch mehr als einen Planetenradsatz, beispielsweise zwei Planetenradsätze. Beispielsweise kann die Antriebseinrichtung frei von einem ersten Planetenradsatz sein. Die Bezeichnung als zweiter Planetenradsatz kann lediglich der Zuordnung und Unterscheidung von dem Stufenplanetenradsatz dienen. Der zweite Planetenradsatz ist als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Der zweite Planetenradsatz kann drei Drehelemente aufweisen. Der zweite Planetenradsatz weist ein zweites Sonnenrad, einen zweiten Planetenträger und ein zweites Hohlrad auf. Die Nummerierung kann dabei lediglich der Zuordnung zu dem zweiten Planetenradsatz dienen. Der zweite Planetenradsatz kann frei von weiteren Drehelementen sein, beispielsweise einem ersten Sonnenrad oder einem dritten Sonnenrad. An dem zweiten Planetenträger können ein oder mehrere Planetenräder drehbar gelagert sein. Beispielsweise kann der zweite Planetenradsatz drei auf dem gleichen Durchmesser um die Kurbelwelle angeordnete zweite Planetenräder aufweisen, wobei die Nummerierung erneut lediglich der Zuordnung dienen kann. Das zweite Sonnenrad kann eine Außenverzahnung aufweisen, mit welcher Außenverzahnungen jeweiliger zweiter Planetenräder kämmen.The superposition gear has a second planetary gear set. The superposition gear can have just a single planetary gear set or more than one planetary gear set, for example two planetary gear sets. For example, the drive device can be free of a first planetary gear set. The designation as a second planetary gear set can only serve to assign and differentiate it from the stepped planetary gear set. The second planetary gear set is designed as a minus planetary gear set. The second planetary gear set can have three rotating elements. The second planetary gear set has a second sun gear, a second planet carrier and a second ring gear. The numbering can only serve to assign it to the second planetary gear set. The second planetary gear set can be free of further rotating elements, for example a first sun gear or a third sun gear. One or more planetary gears can be rotatably mounted on the second planet carrier. For example, the second planetary gear set can have three second planetary gears arranged on the same diameter around the crankshaft, whereby the numbering can again only serve to assign it. The second sun gear may have external teeth with which external teeth of respective second planetary gears mesh.
Das zweite Hohlrad kann eine Innenverzahnung aufweisen, mit welcher ebenfalls Außenverzahnungen jeweiliger zweiter Planetenräder kämmen. Ein Minus-Planetenradsatz kann eine negative Standübersetzung aufweisen. Bei einem Minus-Planetenradsatz kämmen die Planetenräder beispielsweise sowohl mit dem Sonnenrad als auch dem Hohlrad. Alternativ kann der zweite Planetenradsatz als Plus-Planetenradsatz ausgebildet sein. Ein Plus-Planetenradsatz kann eine positive Standübersetzung aufweisen. 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 dem Hohlrad. Durch einen Planetenradsatz kann mit geringem axialen Bauraumbedarf eine hohe Übersetzung bereitgestellt werden.The second ring gear can have an internal toothing, with which external toothings of respective second planetary gears also mesh. A minus planetary gear set can have a negative stationary gear ratio. In a minus planetary gear set, the planetary gears mesh with both the sun gear and the ring gear, for example. Alternatively, the second planetary gear set can be designed as a plus planetary gear set. A plus planetary gear set can have a positive stationary gear ratio. In a plus planetary gear set, for example, several sets of planetary gears are provided. In the case of two sets of planetary gears, each planetary gear of a first set meshes with a sun gear and a planetary gear of a second set. In this case, the planetary gears of the second set mesh with the ring gear. A planetary gear set can provide a high gear ratio with little axial installation space required.
Die erste Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes ist als das zweite Sonnenrad ausgebildet. Die zweite Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes ist als der zweite Planetenträger ausgebildet. Die Ausgangswelle des Überlagerungsgetriebes ist als das zweite Hohlrad ausgebildet. So kann einfach eine stufenlos verstellbare Übersetzung durch den zweiten Planetenradsatz bereitgestellt werden. Durch das Vorsehen des zweiten Planetenradsatzes kann ein mechanisch einfaches Überlagerungsgetriebe ausgebildet werden, wobei Antriebskraft und Muskelkraft überlagert und an die Abtriebswelle übertragen werden können.The first input shaft of the superposition gear is designed as the second sun gear. The second input shaft of the superposition gear is designed as the second planet carrier. The output shaft of the superposition gear is designed as the second ring gear. In this way, a continuously variable transmission ratio can be easily provided by the second planetary gear set. By providing the second planetary gear set, a mechanically simple superposition gear can be formed, whereby drive force and muscle power can be superimposed and transmitted to the output shaft.
Ferner weist die Antriebseinrichtung einen ersten Freilauf auf. Mittels des ersten Freilaufs ist die Kurbelwelle mit der Abtriebswelle drehfest verbindbar. Im Freigabezustand des ersten Freilaufs kann die Kurbelwelle, also beispielsweise in der zweiten relativen Drehrichtung zur Abtriebswelle, von der Abtriebswelle entkoppelt sein. Im Sperrzustand des ersten Freilaufs kann die Kurbelwelle drehfest mit der Abtriebswelle verbunden sein. Dadurch kann ein kleiner mechanischer Gang mit hohem Wirkungsgrad für ein Anfahren bereitgestellt werden. Ein Unterschreiten einer Abtriebsdrehzahl der Abtriebswelle im Vergleich zu einer Kurbeldrehzahl der Kurbelwelle kann damit vermieden werden.The drive device also has a first freewheel. The crankshaft can be connected to the output shaft in a rotationally fixed manner by means of the first freewheel. In the release state of the first freewheel, the crankshaft can be decoupled from the output shaft, for example in the second relative direction of rotation to the output shaft. In the locked state of the first freewheel, the crankshaft can be connected to the output shaft in a rotationally fixed manner. This makes it possible to provide a small mechanical gear with high efficiency for starting. This can prevent the output speed of the output shaft from falling below the crank speed of the crankshaft.
Zudem weist die Antriebseinrichtung einen zweiten Freilauf auf. Mittels des zweiten Freilaufs ist die erste Motorwelle der ersten elektrischen Maschine mit dem ersten Sonnenrad drehfest verbindbar. Beispielsweise kann im Sperrzustand des zweiten Freilaufs die erste Motorwelle der ersten elektrischen Maschine mit dem ersten Sonnenrad drehfest verbunden sein. Im Freigabezustand des zweiten Freilaufs kann die erste Motorwelle vom ersten Sonnenrad entkoppelt sein. Mittels des zweiten Freilaufs können Massenträgheitseffekte der ersten elektrischen Maschine auf die Kurbelwelle beim Stillstand der Kurbelwelle vermieden werden. Eine Kraftübertragung von der ersten elektrischen Maschine an die Kurbelwelle kann so im Fall eines plötzlichen Stillstands der Kurbelwelle, etwa wenn der Fahrer aufhört zu treten, vermieden werden.In addition, the drive device has a second freewheel. By means of the second freewheel, the first motor shaft of the first electric machine can be connected to the first sun gear in a rotationally fixed manner. For example, when the second freewheel is locked, the first motor shaft of the first electric machine can be connected to the first sun gear in a rotationally fixed manner. When the second freewheel is released, the first motor shaft can be decoupled from the first sun gear. The second freewheel can be used to prevent inertia effects of the first electric machine on the crankshaft when the crankshaft is at a standstill. Power transmission from the first electric machine to the crankshaft can thus be avoided in the event of a sudden standstill of the crankshaft, for example when the driver stops pedaling.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Motorwelle der ersten elektrischen Maschine mit dem ersten Sonnenrad des Stufenplanetenradsatzes drehfest verbindbar. Die erste Motorwelle kann mit dem ersten Sonnenrad permanent drehfest verbunden sein. Das erste Hohlrad des Stufenplanetenradsatzes kann mit einem Gehäuse permanent drehfest verbunden sein. Zumindest Teile der Antriebseinrichtung können mit dem Gehäuse permanent drehfest verbunden sein. Das Gehäuse kann als Teil des Fahrzeugs ausgebildet sein. Das Gehäuse kann beispielsweise mit einem Rahmen des Fahrzeugs permanent drehfest verbunden sein. Das Gehäuse kann ein stationäres Bauteil der Antriebseinrichtung sein. Das Gehäuse kann beispielsweise teilweise durch einen Fahrradrahmen gebildet sein oder mit diesem permanent drehfest verbunden sein. Der erste Planetenträger des Stufenplanetenradsatzes kann mit der ersten Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes drehfest verbindbar sein. Der erste Planetenträger kann mit der ersten Eingangswelle permanent drehfest verbunden sein. Dadurch kann in kompakter axialer Bauweise eine große Übersetzung einer Drehzahl zwischen der ersten Motorwelle und der ersten Eingangswelle bereitgestellt werden.According to one embodiment, the first motor shaft of the first electric machine can be connected in a rotationally fixed manner to the first sun gear of the stepped planetary gear set. The first motor shaft can be permanently connected in a rotationally fixed manner to the first sun gear. The first ring gear of the stepped planetary gear set can be permanently connected in a rotationally fixed manner to a housing. At least parts of the drive device can be permanently connected in a rotationally fixed manner to the housing. The housing can be designed as part of the vehicle. The housing can, for example, be permanently connected in a rotationally fixed manner to a frame of the vehicle. The housing can be a stationary component of the drive device. The housing can, for example, be partially formed by a bicycle frame or be permanently connected in a rotationally fixed manner to it. The first planet carrier of the stepped planetary gear set can be connected in a rotationally fixed manner to the first input shaft of the superposition gear. The first planet carrier can be permanently connected in a rotationally fixed manner to the first input shaft. This makes it possible to provide a large transmission ratio of a speed between the first motor shaft and the first input shaft in a compact axial design.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kämmt der erste Verzahnungsbereich des Stufenplaneten mit dem ersten Sonnenrad des Stufenplanetenradsatzes. Der Stufenplanet kann eine Planetenwelle aufweisen. Die Planetenwelle kann am ersten Planetenträger drehbar gelagert sein. Der erste Verzahnungsbereich kann über die Planetenwelle mit dem zweiten Verzahnungsbereich permanent drehfest verbunden sein. Die Außenverzahnung des ersten Verzahnungsbereichs kann mit der Außenverzahnung des ersten Sonnenrads kämmen. Der zweite Verzahnungsbereich kann mit dem ersten Hohlrad des Stufenplanetenradsatzes kämmen. Die Außenverzahnung des zweiten Verzahnungsbereichs kann mit der Innenverzahnung des ersten Hohlrads kämmen. Der erste Verzahnungsbereich und der zweite Verzahnungsbereich können schräg ausgebildet sein, um beim Kämmen eine Axialkraft zu bewirken. Dadurch können die Stufenplaneten axial selbstzentrierend ausgebildet sein. Die Außenverzahnung des ersten Sonnenrads und die Innenverzahnung des ersten Hohlrads können korrespondierend schräg ausgebildet sein. Der erste Verzahnungsbereich und der zweite Verzahnungsbereich können entgegengesetzt um den gleichen Winkel schräg ausgerichtet sein. Ein schräger Verzahnungsbereich kann Zähne aufweisen, deren Kontaktflächennormale nicht orthogonal zur Drehachse ausgerichtet sind, sondern beispielsweise auch einen axialen Anteil aufweist. Der Wirkdurchmesser des ersten Verzahnungsbereich des Stufenplaneten kann größer als der Wirkdurchmesser des zweiten Verzahnungsbereichs des Stufenplaneten sein.According to a further embodiment, the first toothed area of the stepped planet meshes with the first sun gear of the stepped planetary gear set. The stepped planet can have a planetary shaft. The planetary shaft can be rotatably mounted on the first planet carrier. The first toothed area can be permanently connected in a rotationally fixed manner to the second toothed area via the planetary shaft. The external toothing of the first toothed area can mesh with the external toothing of the first sun gear. The second toothed area can mesh with the first ring gear of the stepped planetary gear set. The external toothing of the second toothed area can mesh with the internal toothing of the first ring gear. The first toothed area and the second toothed area can be designed at an angle in order to cause an axial force when meshing. The stepped planets can therefore be designed to be axially self-centering. The external toothing of the first sun gear and the internal toothing of the first ring gear can be designed at an angle correspondingly. The first toothing area and the second toothing area can be aligned obliquely at the same angle. An oblique toothing area can have teeth whose contact surface normals are not aligned orthogonally to the axis of rotation, but also have an axial component, for example. The effective diameter of the first toothing area of the stepped planet can be larger than the effective diameter of the second toothing area of the stepped planet.
Durch die unterschiedlichen Wirkdurchmesser kann eine große Übersetzung zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem Überlagerungsgetriebe bereitgestellt werden. Durch schräge Verzahnungsbereiche und Verzahnungen kann eine automatische Zentrierung des Stufenplaneten in dem Stufenplanetenradsatz erfolgen. The different effective diameters allow a large gear ratio to be provided between the first electric machine and the superposition gear. The stepped planet can be automatically centered in the stepped planetary gear set using oblique toothing areas and gears.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der zweite Verzahnungsbereich des Stufenplaneten durch zwei Verzahnungsteilbereiche gebildet sein. Die zwei Verzahnungsteilbereiche können denselben Wirkdurchmesser aufweisen. Die zwei Verzahnungsteilbereiche können dieselbe axiale Erstreckung aufweisen. Die zwei Verzahnungsteilbereiche können beispielsweise identisch oder spiegelsymmetrisch ausgebildet sein. Der erste Verzahnungsbereich des Stufenplaneten kann axial zwischen den beiden Verzahnungsteilbereichen des zweiten Verzahnungsbereichs des Stufenplaneten angeordnet sein. Beispielsweise kann der erste Verzahnungsbereich mittig zwischen den beiden Verzahnungsteilbereichen angeordnet sein. Das erste Hohlrad kann zwei Verzahnungsteilbereiche aufweisen, welche jeweils mit einem Verzahnungsteilbereich des zweiten Verzahnungsbereichs kämmen. Die zwei Verzahnungsteilbereich des ersten Hohlrads können zu den zwei Verzahnungsteilbereichen des zweiten Verzahnungsbereichs des Stufenplaneten korrespondieren. Die Verzahnungsteilbereiche des zweiten Verzahnungsbereichs und die Verzahnungsteilbereiche des ersten Hohlrads können schräg ausgebildet sein.According to a further embodiment, the second toothing region of the stepped planet can be formed by two toothing sub-regions. The two toothing sub-regions can have the same effective diameter. The two toothing sub-regions can have the same axial extent. The two toothing sub-regions can, for example, be identical or mirror-symmetrical. The first toothing region of the stepped planet can be arranged axially between the two toothing sub-regions of the second toothing region of the stepped planet. For example, the first toothing region can be arranged centrally between the two toothing sub-regions. The first ring gear can have two toothing sub-regions, each of which meshes with a toothing sub-region of the second toothing region. The two toothing sub-regions of the first ring gear can correspond to the two toothing sub-regions of the second toothing region of the stepped planet. The toothing sub-regions of the second toothing region and the toothing sub-regions of the first ring gear can be oblique.
Durch die zwei Verzahnungsteilbereiche kann eine Verkippung des Stufenplaneten bei Kraftübertragung verhindert werden. Lagerkräfte können durch die zwei Verzahnungsteilbereiche symmetrisch eingeleitet werden, sodass keine Kippkräfte auf den Stufenplaneten wirken. Ein Stufenplanetenradsatz mit zwei Verzahnungsteilbereichen kann zur Übertragung von besonders großen Drehmomenten verwendet werden. Durch schräge Verzahnungsteilbereiche, beispielsweise entgegengesetzt schräge Verzahnungsteilbereiche, kann ebenfalls eine automatische Zentrierung des Stufenplaneten im Stufenplanetenradsatz erfolgen.The two toothed sections prevent the stepped planet from tilting during power transmission. Bearing forces can be introduced symmetrically through the two toothed sections so that no tilting forces act on the stepped planet. A stepped planetary gear set with two toothed sections can be used to transmit particularly large torques. Inclined toothed sections, for example oppositely inclined Automatic centering of the stepped planet in the stepped planetary gear set can also be carried out in the gearing sub-areas.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Antriebseinrichtung eine zweite elektrische Maschine mit einer zweiten Motorwelle auf. Die zweite elektrische Maschine kann mit der Abtriebswelle mechanisch wirkverbindbar sein, beispielsweise über einen Freilauf oder über ein anderes Schaltelement. Die zweite elektrische Maschine kann mit der Abtriebswelle mechanisch wirkverbunden sein. Die zweite elektrische Maschine kann dazu ausgebildet sein, Antriebsleistung an der zweiten Motorwelle bereitzustellen. According to a further embodiment, the drive device has a second electric machine with a second motor shaft. The second electric machine can be mechanically operatively connected to the output shaft, for example via a freewheel or via another switching element. The second electric machine can be mechanically operatively connected to the output shaft. The second electric machine can be designed to provide drive power to the second motor shaft.
Die zweite elektrische Maschine weist beispielsweise nur eine einzige Motorwelle auf. Die Bezeichnung als zweite Motorwelle dient beispielsweise der Zuordnung zu der zweiten elektrischen Maschine. Die Antriebseinrichtung kann sowohl die erste als auch die zweite elektrische Maschine aufweisen. Beispielsweise kann die erste elektrische Maschine eingerichtet sein, eine stufenlose Übersetzung zwischen der Kurbelwelle und der Abtriebswelle bereitzustellen. Die zweite elektrische Maschine kann eingerichtet sein, eine Unterstützungsfunktion bereitzustellen. In einem ersten Betriebsmodus kann die erste elektrische Maschine zur stufenlosen Übersetzung verwendet werden, und die zweite elektrische Maschine zur Bereitstellung einer Unterstützungsfunktion. In einem zweiten Betriebsmodus kann die erste elektrische Maschine zur Bereitstellung einer Unterstützungsfunktion verwendet werden, und die zweite elektrische Maschine zur stufenlosen Übersetzung. In anderen Bauweisen können beide elektrische Maschinen zur Übersetzungsvariation und alternativ oder zusätzlich zur Unterstützung dienen. Zusätzlich zur Muskelkraft kann das Fahrzeug also unterstützend oder auch ausschließlich elektrisch angetrieben werden. Somit kann die Antriebseinrichtung für ein Pedelec verwendet werden. Beispielsweise kann ein im Wesentlichen batterieneutraler Betrieb möglich sein, wenn eine elektrische Maschine als Generator und die andere elektrische Maschine als Elektromotor verwendet wird.The second electric machine, for example, has only a single motor shaft. The designation as a second motor shaft serves, for example, to assign it to the second electric machine. The drive device can have both the first and the second electric machine. For example, the first electric machine can be set up to provide a continuously variable transmission between the crankshaft and the output shaft. The second electric machine can be set up to provide an assist function. In a first operating mode, the first electric machine can be used for continuously variable transmission and the second electric machine to provide an assist function. In a second operating mode, the first electric machine can be used to provide an assist function and the second electric machine for continuously variable transmission. In other designs, both electric machines can be used to vary the transmission ratio and, alternatively or in addition, to provide assistance. In addition to muscle power, the vehicle can therefore be driven electrically in an assistive manner or even exclusively. The drive device can therefore be used for a pedelec. For example, essentially battery-neutral operation can be possible if one electric machine is used as a generator and the other electric machine as an electric motor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite elektrische Maschine quer zu der ersten elektrischen Maschine angeordnet. Beispielsweise ist die erste Motorwelle orthogonal zur zweiten Motorwelle angeordnet. Die Antriebseinrichtung kann ein Kegelradgetriebe aufweisen. Die zweite elektrische Maschine kann über das Kegelradgetriebe mit der Abtriebswelle mechanisch wirkverbindbar sein. Die zweite elektrische Maschine kann über das Kegelradgetriebe mit der Abtriebswelle mechanisch wirkverbunden sein. Beispielsweise ist die zweite elektrische Maschine unter Umgehung weiterer Getriebeteile mit der Abtriebswelle mechanisch wirkverbunden. Das Kegelradgetriebe kann zwei miteinander kämmende Kegelräder aufweisen, welche beispielsweise mit einem Winkel von 45° angeschrägt sein können.According to a further embodiment, the second electrical machine is arranged transversely to the first electrical machine. For example, the first motor shaft is arranged orthogonally to the second motor shaft. The drive device can have a bevel gear. The second electrical machine can be mechanically operatively connected to the output shaft via the bevel gear. The second electrical machine can be mechanically operatively connected to the output shaft via the bevel gear. For example, the second electrical machine is mechanically operatively connected to the output shaft, bypassing further transmission parts. The bevel gear can have two meshing bevel gears, which can be beveled at an angle of 45°, for example.
Ein erstes Kegelrad kann mit der zweiten Motorwelle permanent drehfest verbunden sein. Ein zweites Kegelrad kann mit der Abtriebswelle permanent drehfest verbunden sein. Mit einem Kegelradgetriebe können die beiden elektrischen Maschinen unter einem bestimmten Winkel, beispielsweise 90° zueinander angeordnet werden. Damit kann der zur Verfügung gestellte Bauraum besser von der Antriebseinrichtung ausgenutzt werden. So kann die zweite elektrische Maschine beispielsweise wenigstens teilweise in einem Unterrohr oder einem Sitzrohr angeordnet sein. Die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine können in unterschiedlichen Axialbereichen bezogen auf die Kurbelwelle angeordnet sein. Somit kann Bauraum im Unterrohr oder im Sitzrohr eines Rahmens des Fahrzeugs optimal für die zweite elektrische Maschine genutzt werden.A first bevel gear can be permanently connected to the second motor shaft in a rotationally fixed manner. A second bevel gear can be permanently connected to the output shaft in a rotationally fixed manner. With a bevel gear, the two electric machines can be arranged at a certain angle to one another, for example 90°. This allows the drive device to make better use of the available installation space. For example, the second electric machine can be arranged at least partially in a down tube or a seat tube. The first electric machine and the second electric machine can be arranged in different axial areas in relation to the crankshaft. This means that installation space in the down tube or in the seat tube of a vehicle frame can be optimally used for the second electric machine.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die zweite elektrische Maschine und die erste elektrische Maschine achsparallel versetzt zueinander angeordnet. Achsparallel versetzte Wellen haben beispielsweise verschiedene Drehachsen, welche sich nicht im Raum schneiden. Die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine können im gleichen Axialbereich bezogen auf die Kurbelwelle angeordnet sein oder sich wenigstens teilweise axial überlappen. Die erste elektrische Maschine kann radial überlappungsfrei zur zweiten elektrischen Maschine angeordnet sein. Wenigstens Rotoren der ersten und zweiten elektrischen Maschine können radial überlappungsfrei zueinander angeordnet sein.According to a further embodiment, the second electric machine and the first electric machine are arranged offset to one another with their axes parallel to one another. Shafts offset to one another with their axes parallel to one another have, for example, different axes of rotation which do not intersect in space. The first electric machine and the second electric machine can be arranged in the same axial region in relation to the crankshaft or can at least partially overlap axially. The first electric machine can be arranged radially with no overlap to the second electric machine. At least rotors of the first and second electric machines can be arranged radially with no overlap to one another.
Die Antriebseinrichtung kann ein Vorübersetzungsgetriebe aufweisen. Das Vorübersetzungsgetriebe kann einen Stirnradsatz aufweisen. Das Vorübersetzungsgetriebe kann neben dem Stirnradsatz weitere Elemente aufweisen. Alternativ kann das Vorübersetzungsgetriebe neben dem Stirnradsatz keine weiteren Elemente aufweisen. Jeder Stirnradsatz kann eine Mehrzahl von Stirnrädern aufweisen.The drive device can have a pre-reduction gear. The pre-reduction gear can have a spur gear set. The pre-reduction gear can have further elements in addition to the spur gear set. Alternatively, the pre-reduction gear can have no further elements in addition to the spur gear set. Each spur gear set can have a plurality of spur gears.
Jedes der Stirnräder jedes einzelnen Stirnradsatzes kann mit zumindest einem weiteren Stirnrad des jeweiligen Stirnradsatzes kämmen. Alle Stirnräder eines Stirnradsatzes können miteinander mechanisch wirkverbunden sein. Ein Stirnradsatz kann eine Übersetzung zwischen zwei Wellen bereitstellen. Ein Stirnradsatz kann beispielsweise eine mechanische Wirkverbindung zwischen zwei achsparallel versetzten Wellen bereitstellen. Bei einer mechanischen Wirkverbindung können eine oder mehrere Stirnradstufen bei einer Antriebsleistungsübertragung beteiligt sein. Eine Stirnradstufe wird durch zwei miteinander kämmende Stirnräder definiert.Each of the spur gears of each individual spur gear set can mesh with at least one other spur gear of the respective spur gear set. All spur gears of a spur gear set can be mechanically operatively connected to one another. A spur gear set can provide a transmission between two shafts. A spur gear set can, for example, provide a mechanical operative connection between two shafts offset parallel to the axis. In a mechanical operative connection, one or Several spur gear stages are involved in a drive power transmission. A spur gear stage is defined by two meshing spur gears.
Die zweite elektrische Maschine kann über das Vorübersetzungsgetriebe mit der Abtriebswelle mechanisch wirkverbindbar sein. Die zweite elektrische Maschine kann über das Vorübersetzungsgetriebe mit der Abtriebswelle mechanisch wirkverbunden sein, beispielsweise ohne Beteiligung weiterer Getriebeteile. Die zweite Motorwelle kann mit einem festen Übersetzungsverhältnis mit der Abtriebswelle verbunden sein. Mittels des Stirnradsatzes kann ein Achsversatz zwischen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine erzeugt werden. Dadurch kann ein durch die Länge der Kurbelwelle und alternativ oder zusätzlich durch den Fahrradrahmen vorgegebener maximaler axialer Bauraum optimal ausgenutzt werden. Ein sich in radialer Richtung erstreckender Bauraum kann so einfach zusätzlich für eine weitere elektrische Maschine, hier die zweite elektrische Maschine, und einen Stirnradsatz zur Übersetzung von Drehzahl und Drehmoment dieser weiteren elektrischen Maschine verwendet werden.The second electric machine can be mechanically connected to the output shaft via the pre-transmission gear. The second electric machine can be mechanically connected to the output shaft via the pre-transmission gear, for example without the involvement of other gear components. The second motor shaft can be connected to the output shaft with a fixed transmission ratio. The spur gear set can be used to generate an axial offset between the first and second electric machines. This allows optimal use to be made of the maximum axial installation space specified by the length of the crankshaft and alternatively or additionally by the bicycle frame. An installation space extending in the radial direction can thus easily be used additionally for another electric machine, here the second electric machine, and a spur gear set to translate the speed and torque of this additional electric machine.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das Vorübersetzungsgetriebe einen dritten Planetenradsatz auf, welcher als Minus-Planetenradsatz ausgebildet sein kann. Der dritte Planetenradsatz kann drei Drehelemente aufweisen, beispielsweise ein drittes Sonnenrad, einen dritten Planetenträger und ein drittes Hohlrad. Die Nummerierung kann hier erneut der Zuordnung dienen. Der dritte Planetenradsatz kann frei von weiteren Drehelementen sein, wie dem zweiten Sonnenrad. Die zweite elektrische Maschine kann über den dritten Planetenradsatz mit dem Stirnradsatz mechanisch wirkverbunden oder wirkverbindbar sein, beispielsweise ohne Beteiligung weiterer Getriebeteile. Beispielsweise kann die zweite Motorwelle mit dem dritten Sonnenrad permanent drehfest verbunden sein. Der dritte Planetenträger kann mit einem Stirnrad des Stirnradsatzes permanent drehfest verbunden sein. Das dritte Hohlrad kann mit dem Gehäuse permanent drehfest verbunden sein. Mit dem dritten Planetenradsatz kann eine große Übersetzung zwischen der zweiten elektrischen Maschine und der Abtriebswelle bereitgestellt werden.According to a further embodiment, the pre-transmission transmission has a third planetary gear set, which can be designed as a minus planetary gear set. The third planetary gear set can have three rotating elements, for example a third sun gear, a third planet carrier and a third ring gear. The numbering can again serve for assignment. The third planetary gear set can be free of further rotating elements, such as the second sun gear. The second electric machine can be mechanically operatively connected to the spur gear set via the third planetary gear set or can be operatively connected, for example without the involvement of further transmission parts. For example, the second motor shaft can be permanently connected to the third sun gear in a rotationally fixed manner. The third planet carrier can be permanently connected to a spur gear of the spur gear set in a rotationally fixed manner. The third ring gear can be permanently connected to the housing in a rotationally fixed manner. The third planetary gear set can provide a large transmission ratio between the second electric machine and the output shaft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Stirnradsatz ein im Drehmomentfluss am weitesten abtriebsseitig gelegenes Stirnrad auf. Abtriebsseitig und auch antriebsseitig kann durch einen Drehmomentfluss beim Antreiben des Fahrzeugs von der Kurbelwelle oder einer Motorwelle einer der elektrischen Maschinen hin zu der Abtriebswelle definiert sein. Beispielsweise kann antriebsseitig durch die zweite elektrische Maschine ein Antriebsmoment in den Stirnradsatz eingeleitet werden, welches zunächst in ein im Drehmomentfluss am weitesten antriebsseitig gelegenes Stirnrad des Stirnradsatzes eingeleitet wird und von dort zum im Drehmomentfluss am weitesten abtriebsseitig gelegenen Stirnrad des Stirnradsatzes übertragen wird. Das im Drehmomentfluss am weitesten abtriebsseitig gelegene Stirnrad des Stirnradsatzes kann mit der Abtriebswelle drehfest verbindbar sein. Beispielsweise ist das im Drehmomentfluss am weitesten abtriebsseitig gelegene Stirnrad mit der Abtriebswelle permanent drehfest verbunden. Das am weitesten abtriebsseitig gelegene Stirnrad kann durch die Ausgangswelle des Überlagerungsgetriebes gebildet sein, also beispielsweise durch das zweite Hohlrad. Dadurch kann die Antriebseinrichtung besonders wenige Bauteile aufweisen.According to a further embodiment, the spur gear set has a spur gear located furthest on the output side in the torque flow. The output side and also the drive side can be defined by a torque flow when driving the vehicle from the crankshaft or a motor shaft of one of the electric machines to the output shaft. For example, on the drive side, a drive torque can be introduced into the spur gear set by the second electric machine, which is initially introduced into a spur gear of the spur gear set located furthest on the drive side in the torque flow and from there is transferred to the spur gear of the spur gear set located furthest on the output side in the torque flow. The spur gear of the spur gear set located furthest on the output side in the torque flow can be connected in a rotationally fixed manner to the output shaft. For example, the spur gear located furthest on the output side in the torque flow is permanently connected in a rotationally fixed manner to the output shaft. The spur gear located furthest on the output side can be formed by the output shaft of the superposition gear, for example by the second ring gear. This means that the drive system can have very few components.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Stirnradsatz ein im Drehmomentfluss am weitesten abtriebsseitig gelegenes Stirnrad auf. Das im Drehmomentfluss am weitesten abtriebsseitig gelegene Stirnrad des Stirnradsatzes kann mit der Kurbelwelle drehfest verbindbar sein, beispielsweise über einen Freilauf oder ein anderes Schaltelement. Das am weitesten abtriebsseitig gelegene Stirnrad kann mit der Kurbelwelle permanent drehfest verbunden sein. Das am weitesten abtriebsseitig gelegene Stirnrad kann durch die Kurbelwelle gebildet sein. Die zweite elektrische Maschine kann über die Kurbelwelle mit dem Überlagerungsgetriebe mechanisch wirkverbindbar sein. Dadurch kann eine weitere konstruktive Möglichkeit gegeben werden, wie die zweite elektrische Maschine mit der Abtriebswelle mechanisch wirkverbunden sein kann.According to a further embodiment, the spur gear set has a spur gear located furthest on the output side in the torque flow. The spur gear of the spur gear set located furthest on the output side in the torque flow can be connected to the crankshaft in a rotationally fixed manner, for example via a freewheel or another switching element. The spur gear located furthest on the output side can be permanently connected to the crankshaft in a rotationally fixed manner. The spur gear located furthest on the output side can be formed by the crankshaft. The second electric machine can be mechanically operatively connected to the superposition gear via the crankshaft. This can provide another design option for how the second electric machine can be mechanically operatively connected to the output shaft.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann in einer axialen Anordnung von einem ersten Ende der Kurbelwelle zu einem zweiten Ende der Kurbelwelle zunächst die erste elektrische Maschine, dann der Stufenplanetenradsatz, dann das Überlagerungsgetriebe und dann die Abtriebswelle angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform kann in einer axialen Anordnung von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende zunächst die Abtriebswelle, dann die erste elektrische Maschine, dann der Stufenplanetenradsatz und dann das Überlagerungsgetriebe angeordnet sein. Das erste Ende der Kurbelwelle kann beispielsweise ein linkes Ende der Kurbelwelle sein und das zweite Ende der Kurbelwelle kann beispielsweise ein rechtes Ende der Kurbelwelle sein. Rechts und links können dabei orthogonal zu einer Vorwärtsfahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet sein, welches die Antriebseinrichtung aufweisen kann. Rechts und links können zu einer linken und rechten Seite des Fahrzeugs korrespondieren. Wenn beispielsweise in einer axialen Anordnung vom ersten Ende zum zweiten Ende zunächst die erste elektrische Maschine und dann der Stufenplanetenradsatz angeordnet ist, so kann zumindest ein Bereich der ersten elektrischen Maschine in axialer Anordnung näher am ersten Ende angeordnet sein als alle Bereiche des Stufenplanetenradsatzes. Beispielsweise kann ein linkes axiales Ende auch durch eine linke Seite eines radial innersten Bereichs eines Bauteils definiert sein und ein rechtes axiales Ende durch eine rechte Seite eines radial innersten Bereichs dieses Bauteils. Der dritte Planetenradsatz kann im gleichen Axialbereich angeordnet sein wie der Stufenplanetenradsatz, oder zumindest in einem überlappenden Axialbereich. Sind beispielsweise der dritte Planetenradsatz und der Stufenplanetenradsatz im gleichen Axialbereich bezogen auf die Kurbelwelle angeordnet, so können der dritte Planetenradsatz und der Stufenplanetenradsatz eine ähnliche oder identische Längserstreckung entlang der Kurbelwelle aufweisen. Dabei kann eine Längserstreckung des dritten Planetenradsatzes im ähnlichen oder identischen Axialbereich bezogen auf die Kurbelwelle angeordnet sein wie eine Längserstreckung des Stufenplanetenradsatzes. Dadurch ist eine besonders platzsparende Bauweise der Antriebseinrichtung möglich.According to a further embodiment, in an axial arrangement from a first end of the crankshaft to a second end of the crankshaft, the first electric machine, then the stepped planetary gear set, then the superposition gear and then the output shaft can be arranged first. In a further embodiment, in an axial arrangement from the first end to the second end, the output shaft, then the first electric machine, then the stepped planetary gear set and then the superposition gear can be arranged first. The first end of the crankshaft can be a left end of the crankshaft, for example, and the second end of the crankshaft can be a right end of the crankshaft, for example. Right and left can be aligned orthogonally to a forward direction of travel of the vehicle, which can have the drive device. Right and left can correspond to a left and right side of the vehicle. If, for example, in an axial arrangement from the first end to the second end, the first electric machine and then the stepped planetary gear set are arranged first, at least one area of the first electric machine can be arranged in axial ler arrangement can be arranged closer to the first end than all regions of the stepped planetary gear set. For example, a left axial end can also be defined by a left side of a radially innermost region of a component and a right axial end by a right side of a radially innermost region of this component. The third planetary gear set can be arranged in the same axial region as the stepped planetary gear set, or at least in an overlapping axial region. If, for example, the third planetary gear set and the stepped planetary gear set are arranged in the same axial region relative to the crankshaft, the third planetary gear set and the stepped planetary gear set can have a similar or identical longitudinal extension along the crankshaft. A longitudinal extension of the third planetary gear set can be arranged in a similar or identical axial region relative to the crankshaft as a longitudinal extension of the stepped planetary gear set. This enables a particularly space-saving design of the drive device.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Antriebseinrichtung ferner einen dritten Freilauf auf. Mittels des dritten Freilaufs der Antriebseinrichtung kann die Kurbelwelle mit der zweiten Eingangswelle des Überlagerungsgetriebes drehfest verbindbar sein. Im Sperrzustand kann dabei die Kurbelwelle drehfest mit der zweiten Eingangswelle, also beispielsweise mit dem zweiten Planetenträger verbunden sein. Im Freigabezustand kann die Kurbelwelle, also beispielsweise durch Drehen in die zweite relative Drehrichtung zur zweiten Eingangswelle, von der zweiten Eingangswelle entkoppelt sein. Mittels des dritten Freilaufs können Massenträgheitseffekte der beiden elektrischen Maschinen, des Stufenplanetenradsatzes sowie des Überlagerungsgetriebes auf die Kurbelwelle beim Stillstand der Kurbelwelle vermieden werden. Eine Kraftübertragung von dem Überlagerungsgetriebe auf die Kurbelwelle kann so im Fall eines plötzlichen Stillstands der Kurbelwelle, etwa wenn der Fahrer aufhört zu treten, vermieden werden. Die Antriebseinrichtung kann nur den dritten Freilauf aufweisen und frei von anderen Freiläufen sein. Die Antriebseinrichtung kann aber auch weitere Freiläufe aufweisen.According to a further embodiment, the drive device further comprises a third freewheel. By means of the third freewheel of the drive device, the crankshaft can be connected in a rotationally fixed manner to the second input shaft of the superposition gear. In the locked state, the crankshaft can be connected in a rotationally fixed manner to the second input shaft, for example to the second planet carrier. In the released state, the crankshaft can be decoupled from the second input shaft, for example by rotating in the second relative direction of rotation to the second input shaft. By means of the third freewheel, mass inertia effects of the two electric machines, the stepped planetary gear set and the superposition gear on the crankshaft can be avoided when the crankshaft is at a standstill. A power transmission from the superposition gear to the crankshaft can thus be avoided in the event of a sudden standstill of the crankshaft, for example when the driver stops pedaling. The drive device can only have the third freewheel and be free of other freewheels. However, the drive device can also have other freewheels.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Antriebseinrichtung ferner einen vierten Freilauf aufweisen. Mittels des vierten Freilaufs kann das erste Sonnenrad festsetzbar sein, beispielsweise durch eine drehfeste Verbindung mit dem Gehäuse.According to a further embodiment, the drive device can further comprise a fourth freewheel. The first sun gear can be fixed by means of the fourth freewheel, for example by means of a rotationally fixed connection to the housing.
Das erste Sonnenrad kann im Sperrzustand des vierten Freilaufs drehfest mit einem Gehäuse der Antriebseinrichtung verbunden sein. Im Freigabezustand des vierten Freilaufs kann das erste Sonnenrad, beispielsweise in der zweiten relativen Drehrichtung zum Gehäuse, frei gedreht werden. Dadurch kann ein kleiner mechanischer Gang fürs Anfahren bereitgestellt werden, beispielsweise, wenn die erste elektrische Maschine keine Antriebsleistung zum Drehen des ersten Sonnenrads bereitstellt. Die Antriebseinrichtung kann sowohl den dritten Freilauf als auch den vierten Freilauf aufweisen. Alternativ kann die Antriebseinrichtung nur einen von dem dritten und dem vierten Freilauf aufweisen und frei von dem anderen dieser beiden Freiläufe sein. Die Antriebseinrichtung kann aber auch weitere Freiläufe aufweisen.When the fourth freewheel is in the locked state, the first sun gear can be connected to a housing of the drive device in a rotationally fixed manner. When the fourth freewheel is in the released state, the first sun gear can be freely rotated, for example in the second direction of rotation relative to the housing. This can provide a small mechanical gear for starting, for example when the first electric machine does not provide any drive power to rotate the first sun gear. The drive device can have both the third freewheel and the fourth freewheel. Alternatively, the drive device can have only one of the third and fourth freewheels and be free of the other of these two freewheels. The drive device can also have further freewheels.
Die Antriebseinrichtung kann sowohl den ersten Freilauf als auch den dritten Freilauf aufweisen. Alternativ kann die Antriebseinrichtung nur den ersten Freilauf aufweisen. Die Antriebseinrichtung kann aber auch weitere Freiläufe aufweisen.The drive device can have both the first freewheel and the third freewheel. Alternatively, the drive device can only have the first freewheel. However, the drive device can also have additional freewheels.
Der zweite Freilauf kann beispielsweise nur alternativ zum dritten Freilauf vorgesehen sein. Beispielsweise kann eine mechanische Belastung am zweiten Freilauf geringer sein als eine mechanische Belastung am dritten Freilauf. Dies kann aufgrund einer Übersetzung eines Drehmoments mittels des Stufenplanetenradsatzes und mittels des Überlagerungsgetriebes zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem dritten Freilauf sein Die Antriebseinrichtung kann sowohl den vierten als auch den zweiten Freilauf aufweisen.The second freewheel can, for example, only be provided as an alternative to the third freewheel. For example, a mechanical load on the second freewheel can be lower than a mechanical load on the third freewheel. This can be due to a transmission of a torque by means of the stepped planetary gear set and by means of the superposition gear between the first electric machine and the third freewheel. The drive device can have both the fourth and the second freewheel.
Die Nummerierung der Freiläufe kann lediglich deren Unterscheidung dienen. Die Antriebseinrichtung kann also beispielsweise nur den zweiten Freilauf aufweisen und frei von dem ersten Freilauf und alternativ oder zusätzlich weiteren Freiläufen sein.The numbering of the freewheels can only serve to distinguish them. The drive device can therefore, for example, only have the second freewheel and be free of the first freewheel and alternatively or additionally other freewheels.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Fahrzeug. Das Fahrzeug kann als Fahrrad, beispielsweise als Pedelec, ausgebildet sein. Das Fahrzeug kann eine Antriebseinrichtung nach einer Ausführungsform des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung aufweisen. Die Abtriebswelle kann über ein Kraftübertragungselement mit einem Abtrieb, wie einem Laufrad des Fahrrads, zum Antrieben des Fahrzeugs gekoppelt sein.
-
1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Antriebseinrichtung. -
2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer Antriebseinrichtung. -
3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform einer Antriebseinrichtung. -
4 zeigt schematisch eine vierte Ausführungsform einer Antriebseinrichtung. -
5 zeigt schematisch eine fünfte Ausführungsform einer Antriebseinrichtung. -
6 zeigt schematisch eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung.
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1 shows schematically a first embodiment of a drive device. -
2 shows schematically a second embodiment of a drive device. -
3 shows schematically a third embodiment of a drive device. -
4 shows schematically a fourth embodiment of a drive device. -
5 shows schematically a fifth embodiment of a drive device. -
6 shows schematically a sixth embodiment of a drive device according to the invention.
Koaxial zur Kurbelwelle W1 ist eine erste elektrische Maschine EMs mit einer ersten Motorwelle 20 angeordnet. Die erste elektrische Maschine EMs ist benachbart zu dem ersten Ende 3 der Kurbelwelle W1 angeordnet.A first electric machine EMs with a
Die Antriebseinrichtung weist eine Abtriebswelle 6 auf. Die Abtriebswelle 6 ist als Hohlwelle ausgebildet, welche koaxial und radial außenseitig zu der Kurbelwelle W1 angeordnet. Die Abtriebswelle 6 ist dazu ausgebildet, eine Antriebskraft auf ein angetriebenes Laufrad des Fahrrads mittels eines nicht dargestellten Kraftkopplungselements zu übertragen. Die Abtriebswelle 6 ist benachbart zu dem zweiten Ende 4 der Kurbelwelle W1 angeordnet.The drive device has an
Die Antriebseinrichtung weist ferner einen Stufenplanetenradsatz SPS 1 auf. Der Stufenplanetenradsatz SPS 1 weist ein erstes Sonnenrad 21, einen ersten Planetenträger 28, eine erstes Hohlrad 26 sowie mehrere drehbar an dem ersten Planetenträger 28 gelagerte Stufenplaneten 25 auf. Jeder der Stufenplaneten 25 weist einen ersten Verzahnungsbereich 27 und einen zweiten Verzahnungsbereich 29 auf. Ein Wirkdurchmesser des ersten Verzahnungsbereichs 27 ist größer als ein Wirkdurchmesser des zweiten Verzahnungsbereichs 29. Die Stufenplaneten 25 kämmen jeweils mit deren ersten Verzahnungsbereich 27 mit dem ersten Sonnenrad 21 und mit deren zweiten Verzahnungsbereich 29 mit dem ersten Hohlrad 26. Jeder der Stufenplaneten 25 weist eine Planetenwelle 23 auf. Die Planetenwelle 23 ist drehbar am ersten Planetenträger 28 gelagert. Der erste Verzahnungsbereich 27 ist über die Planetenwelle 23 mit dem zweiten Verzahnungsbereich 29 permanent drehfest verbunden. Das erste Hohlrad 26 ist mit einem Gehäuse 10 permanent drehfest verbunden und somit festgesetzt. Der Stufenplanetenradsatz SPS 1 ist koaxial zur Kurbelwelle W1 angeordnet.The drive device further comprises a stepped planetary gear set SPS 1. The stepped planetary gear set SPS 1 comprises a
Die Antriebseinrichtung weist ferner ein Überlagerungsgetriebe RS1 auf, welches durch einen zweiten Planetenradsatz RS1 gebildet ist. Der zweite Planetenradsatz RS1 weist ein zweites Sonnenrad 12, einen zweiten Planetenträger 14 und ein zweites Hohlrad 16 auf. Das zweite Sonnenrad 12 bildet eine erste Eingangswelle 12 des Überlagerungsgetriebes RS 1 aus. Der zweite Planetenträger 14 bildet eine zweite Eingangswelle 14 des Überlagerungsgetriebes RS 1 aus. Das zweite Hohlrad 16 bildet eine Ausgangswelle 16 des Überlagerungsgetriebes RS 1 aus. An dem zweiten Planetenträger 14 sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert, welche jeweils mit dem zweiten Sonnenrad 12 und dem zweiten Hohlrad 16 kämmen. Der zweite Planetenradsatz RS1 ist als Minus-Planetenradsatz ausgebildet. Das Überlagerungsgetriebe RS1 ist koaxial zur Kurbelwelle W1 angeordnet. Mittels des Überlagerungsgetriebes RS1 wird Muskelkraft, welche in die Kurbelwelle W1 einleitbar ist, mit Antriebskraft der ersten elektrischen Maschine EMs überlagert und an die Abtriebswelle 6 abgegeben.The drive device also has a superposition gear RS1, which is formed by a second planetary gear set RS1. The second planetary gear set RS1 has a
Die Kurbelwelle W1 ist mit der als zweiten Planetenträger 14 ausgebildeten zweiten Eingangswelle 14 des Überlagerungsgetriebes RS 1 mittels eines dritten Freilaufs F1 drehfest verbindbar. Der dritte Freilauf F1 ist koaxial zur Kurbelwelle W1 angeordnet. Die als zweites Hohlrad 16 ausgebildete Ausgangswelle 16 des Überlagerungsgetriebes RS1 ist mit der Abtriebswelle 6 permanent drehfest verbunden.The crankshaft W1 can be connected in a rotationally fixed manner to the
Die erste elektrische Maschine EMs ist über den Stufenplanetenradsatz SPS1 mit der als zweitem Sonnenrad 12 ausgebildeten ersten Eingangswelle 12 des Überlagerungsgetriebes RS1 mechanisch wirkverbunden. Dabei ist die erste Motorwelle 20 mit dem ersten Sonnenrad 21 permanent drehfest verbunden. Der erste Planetenträger 29 ist mit dem zweiten Sonnenrad 12 des Überlagerungsgetriebes RS1 permanent drehfest verbunden.The first electric machine EMs is mechanically connected via the stepped planetary gear set SPS1 to the
Die Antriebseinrichtung weist ferner das Gehäuse 10 auf, gegen welches weitere stationäre Teile der Antriebseinrichtung abgestützt werden. Das Gehäuse ist in dem gezeigten Beispiel durch einen Fahrradrahmen ausgebildet.The drive device further comprises the
In einer axialen Anordnung vom ersten Ende 3 zum zweiten Ende 4 ist zunächst die erste elektrische Maschine EMs, dann der Stufenplanetenradsatz SPS1, dann das Überlagerungsgetriebe RS1 und dann die Abtriebswelle 6 angeordnet.In an axial arrangement from the
Die Antriebseinrichtung ist zur stufenlosen Übersetzung einer Drehzahl zwischen der Kurbelwelle W1 und der Abtriebswelle 6 ausgebildet. Die erste elektrische Maschine EMs wird zum Einstellen der stufenlosen Übersetzung am Überlagerungsgetriebe RS1 verwendet. Mittels des Stufenplanetenradsatzes SPS1 wird eine hohe Übersetzung der Drehzahl zwischen der ersten elektrischen Maschine EMs und dem Überlagerungsgetriebe RS1 bei kleinem Bauraumbedarf bereitgestellt.The drive device is designed for the stepless transmission of a speed between the crankshaft W1 and the
Mittels des dritten Freilaufs F1 werden Massenträgheitseffekte der ersten elektrischen Maschine EMs sowie des Stufenplanetenradsatzes SPS1 auf die Kurbelwelle W1 beim Stillstand der Kurbelwelle W1 vermieden.By means of the third freewheel F1, mass inertia effects of the first electric machine EMs and the stepped planetary gear set SPS1 on the crankshaft W1 are avoided when the crankshaft W1 is at a standstill.
Der zweite Verzahnungsbereich 29 des Stufenplanetenradsatz SPS1 ist im Vergleich zur ersten Ausführungsform durch einen linken Verzahnungsteilbereich 29a und einen rechten Verzahnungsteilbereich 29b gebildet und somit axial geteilt. Der erste Verzahnungsbereich 27 ist axial zwischen den beiden Verzahnungsteilbereichen 29a, 29b angeordnet. Der Stufenplanet 25 ist bezüglich seiner axialen Mitte, auf welcher der erste Verzahnungsbereich 27 angeordnet ist, symmetrisch ausgebildet. Die Verzahnungsteilbereiche 29a, 29b und der erste Verzahnungsbereich 27 sind mittels der Planetenwelle 23 permanent drehfest miteinander verbunden. In einer axialen Anordnung ist zunächst der linke Verzahnungsteilbereich 29a, dann der erste Verzahnungsbereich 27 und dann der rechte Verzahnungsteilbereich 29b angeordnet. Das erste Hohlrad 26 weist ein rechtes Hohlradteil 26a und eine linkes Hohlradteil 26b auf. Die Hohlradteile 26a, 26b sind mit dem Gehäuse 10 permanent drehfest verbunden. Das linke Hohlradteil 26a kämmt mit dem linken Verzahnungsteilbereich 29a. Das rechte Hohlradteil 26b kämmt mit dem rechten Verzahnungsteilbereich 29b. Die Hohlradteile 26a, 26b sind separat ausgebildet. Durch die Ausbildung der Verzahnungsteilbereiche 29a, 29b werden beim Kämmen bewirkte Kippkräfte auf die Stufenplaneten 25 vermieden. In einer Ausführungsform ist ein einstückiges Hohlrad 26 vorgesehen, welches die zwei Verzahnungsteilbereiche anlog zu den beiden Hohlradteilen 26a, 26b ausbildet.In comparison to the first embodiment, the
Die Antriebseinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform weist zusätzlich eine zweite elektrische Maschine 46 mit einer zweiten Motorwelle 48 auf. Die zweite elektrische Maschine 46 ist mit der Abtriebswelle 6 mechanisch wirkverbunden. Die zweite elektrische Maschine 46 wird zur Antriebsunterstützung verwendet und Antriebskraft wird zum Antrieben des Fahrrads bereitgestellt, welche über die Abtriebswelle 6 zusammen mit der Muskelkraft abgegeben wird.The drive device according to the third embodiment additionally has a second
Ferner ist in
Die Antriebseinrichtung weist zudem ein Vorübersetzungsgetriebe 30 auf. Die zweite Motorwelle 48 und damit die zweite elektrische Maschine 46 ist über das Vorübersetzungsgetriebe 30 mit der Abtriebswelle 6 mechanisch wirkverbunden. Das Vorübersetzungsgetriebe 30 weist einen Stirnradsatz 32 und einen dritten Planetenradsatz 34 auf. Die zweite elektrische Maschine 46 ist über den dritten Planetenradsatz 34 mit dem Stirnradsatz 32 mechanisch wirkverbunden. Die zweite elektrische Maschine 46 und die erste elektrische Maschine EMs sind achsparallel versetzt zueinander angeordnet. Ein solcher achsparalleler Versatz wird durch den Stirnradsatz 32 erzeugt.The drive device also has a
Der dritte Planetenradsatz 34 ist als Minus-Planetenradsatz 34 ausgebildet. Der dritte Planetenradsatz 34 weist ein drittes Sonnenrad 54, einen dritten Planetenträger 56 und ein drittes Hohlrad 58 auf. An dem dritten Planetenträger 56 sind mehrere Planetenräder drehbar gelagert. Die Planetenräder des dritten Planetenradsatzes 34 kämmen jeweils mit dem dritten Sonnenrad 54 und mit dem dritten Hohlrad 58.The third planetary gear set 34 is designed as a minus planetary gear set 34. The third planetary gear set 34 has a
Der Stirnradsatz 32 weist ein erstes Stirnrad 60, ein zweites Stirnrad 61 und ein drittes Stirnrad 62 auf. Neben diesen Stirnrädern 60, 61, 62 weist der Stirnradsatz 32 keine weiteren Stirnräder auf. Das erste Stirnrad 60 kämmt mit dem zweiten Stirnrad 61 und bildet so eine erste Stirnradstufe 45. Das zweite Stirnrad 61 kämmt mit dem dritten Stirnrad 62 und bildet so eine zweite Stirnradstufe 47. Das erste Stirnrad 60 ist ein im Drehmomentfluss am weitesten antriebsseitig gelegenes Stirnrad 60 des Stirnradsatzes 32. Das dritte Stirnrad 62 ist ein im Drehmomentfluss am weitesten abtriebsseitig gelegenes Stirnrad 62 des Stirnradsatzes 32. Abtriebsseitig und antriebsseitig ist dabei durch einen Drehmomentfluss von der zweiten Motorwelle 48 hin zu der Abtriebswelle 6 definiert. Es wird beim Fahrbetrieb, sofern nicht rekuperiert wird, antriebsseitig durch die zweite elektrische Maschine 46 ein Antriebsmoment eingeleitet, welches in das erste Stirnrad 60 eingeleitet wird und von dort zum dritten Stirnrad 62 übertragen wird.The spur gear set 32 has a
Die zweite Motorwelle 48 ist mit dem dritten Sonnenrad 54 permanent drehfest verbunden. Der dritte Planetenträger 56 ist mit dem ersten Stirnrad 60 permanent drehfest verbunden. Das dritte Hohlrad 58 ist mit dem Gehäuse 10 permanent drehfest verbunden und so festgesetzt. Das dritte Stirnrad 62 ist mit der Abtriebswelle 6 permanent drehfest verbunden. Das dritte Stirnrad 62 ist gemäß der dritten Ausführungsform einstückig mit dem zweiten Hohlrad 16 ausgebildet. Das dritte Stirnrad 62 wird durch eine Außenverzahnung des zweiten Hohlrads 16 gebildet. Das dritte Stirnrad 62 und das zweite Hohlrad 16 sind in einer anderen Ausführungsform durch separate Teile gebildet, welche permanent drehfest miteinander verbunden sind.The
Neben dem dritten Freilauf F1 weist die Antriebseinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform ferner einen vierten Freilauf F2 auf. Mittels des vierten Freilaufs F2 ist das erste Sonnenrad 21 festsetzbar. Die erste Motorwelle 20 ist mit dem ersten Sonnenrad 21 permanent drehfest verbunden. Die erste Motorwelle 20 ist mittels des vierten Freilaufs F2 festsetzbar. Die erste Motorwelle 20 kann somit nur in eine Richtung relativ zu dem Gehäuse 10 drehen. Der vierte Freilauf F2 ist koaxial zur Kurbelwelle W1 angeordnet. In einer axialen Anordnung vom ersten Ende 3 der Kurbelwelle W1 zum zweiten Ende 4 der Kurbelwelle W1 ist zunächst die erste Motorwelle 20, dann der vierte Freilauf F2 und dann das erste Sonnenrad 21 angeordnet. Mit dem vierten Freilauf F2 wird ein kleiner mechanischer Gang fürs Anfahren mittels Muskelkraft bereitgestellt.In addition to the third freewheel F1, the drive device according to the third embodiment also has a fourth freewheel F2. The
Die erste elektrische Maschine EMs und die zweite elektrische Maschine 46 sind etwa im gleichen axialen Teilbereich angeordnet. Der Stufenplanetenradsatz SPS1 und der dritte Planetenradsatz 34 sind etwa im gleichen axialen Teilbereich angeordnet. In einer axialen Anordnung vom ersten Ende 3 zum zweiten Ende 4 ist zunächst das Überlagerungsgetriebe RS1 und dann der Stirnradsatz 32 angeordnet.The first electric machine EMs and the second
Im Gegensatz zur dritten Ausführungsform weist das Vorübersetzungsgetriebe 30 lediglich einen Stirnradsatz 32 auf, jedoch nicht den Planetenradsatz 34. Der Stirnradsatz 30 gemäß der vierten Ausführungsform weist zusätzlich zu dem ersten Stirnrad 60, dem zweiten Stirnrad 61 und dem dritten Stirnrad 62 ein viertes Stirnrad 63 und ein fünftes Stirnrad 64 sowie eine Zwischenwelle 65 auf. Das vierte Stirnrad 63 und das fünfte Stirnrad 65 sind mit der Zwischenwelle 65 und damit auch miteinander permanent drehfest verbunden. Das erste Stirnrad 60 kämmt mit dem vierten Stirnrad 63 und bildet so eine erste Stirnradstufe 45. Das fünfte Stirnrad 64 kämmt mit dem zweiten Stirnrad 61 und bildet so eine zweite Stirnradstufe 47. Das zweite Stirnrad 61 kämmt mit dem dritten Stirnrad 62 und bildet so eine dritte Stirnradstufe 49. Das erste Stirnrad 60 ist ein am weitesten antriebsseitig gelegenes Stirnrad 60 des Stirnradsatzes 32. Das dritte Stirnrad 62 ist ein am weitesten abtriebsseitig gelegenes Stirnrad 62 des Stirnradsatzes 32.In contrast to the third embodiment, the
Die zweite Motorwelle 48 ist mit dem ersten Stirnrad 60 permanent drehfest verbunden. Das dritte Stirnrad 62 ist mit der Kurbelwelle W1 permanent drehfest verbunden. So kann ein Übersetzungsverhältnis zwischen der zweiten Motorwelle 48 und der Kurbelwelle W1 unabhängig von einem Durchmesser des zweiten Hohlrads 16 vorgegeben werden.The
In einer axialen Anordnung von dem ersten Ende 3 zum zweiten Ende 4 ist zunächst die Abtriebswelle 6, dann die erste elektrischen Maschine EMs, dann die zweite elektrische Maschine 46, dann der Stufenplanetenradsatz SPS1, dann das Überlagerungsgetriebe RS1 und dann der Stirnradsatz 32 angeordnet.In an axial arrangement from the
Die Antriebseinrichtung gemäß der vierten Ausführungsform weist im Gegensatz zur dritten Ausführungsform nicht den vierten Freilauf F2 auf. Stattdessen weist die Antriebseinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform einen ersten Freilauf F3 auf. Mittels des ersten Freilaufs F3 ist die Kurbelwelle W1 mit der Abtriebswelle 6 drehfest verbindbar. Der erste Freilauf F3 ist koaxial zur Kurbelwelle W1 angeordnet. In einer axialen Anordnung vom ersten Ende 3 zum zweiten Ende 4 ist zunächst die Abtriebswelle 6, dann der erste Freilauf F3 und dann die erste Motorwelle 20 angeordnet. Mit dem ersten Freilauf F3 wird ein kleiner mechanischer Gang mit hohem Wirkungsgrad für ein Anfahren mittels Muskelkraft bereitgestellt.In contrast to the third embodiment, the drive device according to the fourth embodiment does not have the fourth freewheel F2. Instead, the drive device according to the third embodiment has a first freewheel F3. The crankshaft W1 can be connected to the
Nicht dargestellt sind in
Das dritte Stirnrad 62 ist mit der Kurbelwelle W1 permanent drehfest verbunden. Die zweite Motorwelle 48 ist so über das Vorübersetzungsgetriebe 30 und das Überlagerungsgetriebe RS1 mit der Abtriebswelle 6 mechanisch wirkverbindbar. Damit wird eine weitere Übersetzung der Antriebskraft der zweiten elektrischen Maschine 46 bereitgestellt, da die Antriebskraft nun auch durch das Überlagerungsgetriebe RS1 geleitet wird.The
In einer axialen Anordnung vom ersten Ende 3 zum zweiten Ende 4 ist zunächst das dritte Stirnrad 62 mit den weiteren Stirnrädern 60, 61 des Stirnradsatzes 32, dann die erste elektrische Maschine EMs, dann der dritte Planetenradsatz 34, dann die zweite elektrische Maschine 46, dann der dritte Freilauf F2, dann der Stufenplanetenradsatz SPS1, dann das Überlagerungsgetriebe RS1 und dann die Abtriebswelle 6 angeordnet.In an axial arrangement from the
Nicht dargestellt sind in
Statt des Vorübersetzungsgetriebes 30 mit dem dritten Planetenradsatz 34 und dem Stirnradsatz 32 weist die Antriebseinrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform ein Kegelradgetriebe 52 auf, um die Antriebskraft der zweiten elektrischen Maschine 46 zu übertragen. Die zweite Motorwelle 48 ist über das Kegelradgetriebe 52 mit der Abtriebswelle 6 mechanisch wirkverbunden. Die erste elektrische Maschine EMs ist quer, in der gezeigten Ausführungsform orthogonal, zur zweiten elektrischen Maschine 46 angeordnet. Durch diese Anordnung wird ein von einem Rahmen des Fahrrads zur Verfügung gestellter Bauraum optimal durch die erste und zweite elektrische Maschine EMs, 46 ausgenutzt. Ein abtriebsseitig gelegenes Kegelrad des Kegelradgetriebes 52 wird durch eine Außenverzahnung des zweiten Hohlrads 16 gebildet. In einer anderen Ausführungsform ist dieses Kegelrad durch ein separates Teil gebildet, welches permanent drehfest mit dem zweiten Hohlrad 16 verbunden ist. In einer anderen Ausführungsform ist dieses Kegelrad direkt mit der Abtriebswelle 6 unabhängig von dem zweiten Hohlrad 16 permanent drehfest verbunden.Instead of the
Statt des dritten und vierten Freilaufs F1, F2 weist die Antriebseinrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform einen ersten Freilauf F3 und einen zweiten Freilauf F4 auf. Mittels des ersten Freilaufs F3 ist die Kurbelwelle W1 mit der Abtriebswelle 6 drehfest verbindbar. Der erste Freilauf F3 ist koaxial zur Kurbelwelle W1 angeordnet. In einer axialen Anordnung vom ersten Ende 3 zum zweiten Ende 4 ist zunächst der Stufenplanetenradsatz SPS1, dann der erste Freilauf F3 und dann die Abtriebswelle 6 angeordnet. In einem sich axial überlappenden Bereich sind das Kegelradgetriebe 52, die zweite elektrische Maschine 46 und das Überlagerungsgetriebe RS1 axial zwischen dem Stufenplanetenradsatz SPS1 und dem ersten Freilauf F3 angeordnet. Mit dem ersten Freilauf F3 wird ein kleiner mechanischer Gang mit hohem Wirkungsgrad für ein Anfahren bereitgestellt.Instead of the third and fourth freewheels F1, F2, the drive device according to the sixth embodiment has a first freewheel F3 and a second freewheel F4. The crankshaft W1 can be connected to the
Mittels des zweiten Freilaufs F4 ist die erste Motorwelle 20 mit dem ersten Sonnenrad 21 drehfest verbindbar. Der zweite Freilauf F4 ist koaxial zur Kurbelwelle W1 angeordnet. In einer axialen Anordnung vom ersten Ende 3 zum zweiten Ende 4 sind zunächst im gleichen Axialbereich die erste Motorwelle 20 und der zweite Freilauf F4 angeordnet, und dann ist das erste Sonnenrad 21 angeordnet. Mit dem zweiten Freilauf F4 werden Massenträgheitseffekte der ersten elektrischen Maschine EMs beim Stillstand der Kurbelwelle W1 vermieden.The
In einer weiteren, nicht in den Figuren dargestellten Variante der sechsten Ausführungsform ist nur der dritte Freilauf F2 und der zweite Freilauf F4 vorgesehen. In noch einer weiteren, nicht in den Figuren dargestellten Variante der sechsten Ausführungsform ist nur der dritte Freilauf F2 vorgesehen. In noch einer weiteren, nicht in den Figuren dargestellten Variante der sechsten Ausführungsform ist nur der erste Freilauf F3 vorgesehen. In noch einer weiteren Ausführungsform ist nur der zweite Freilauf F4 vorgesehen.In a further variant of the sixth embodiment, not shown in the figures, only the third freewheel F2 and the second freewheel F4 are provided. In yet another variant of the sixth embodiment, not shown in the figures, only the third freewheel F2 is provided. In yet another variant of the sixth embodiment, not shown in the figures, only the first freewheel F3 is provided. In yet another embodiment, only the second freewheel F4 is provided.
Nicht dargestellt sind in
BezugszeichenReference symbols
- 22
- KurbeleinrichtungCrank mechanism
- 33
- erstes Ende einer Kurbelwellefirst end of a crankshaft
- 44
- zweites Ende der Kurbelwellesecond end of the crankshaft
- 66
- AbtriebswelleOutput shaft
- 1010
- GehäuseHousing
- 1212
- zweites Sonnenradsecond sun gear
- 1414
- zweiter Planetenträgersecond planet carrier
- 1616
- zweites Hohlradsecond ring gear
- 2020
- erste Motorwellefirst motor shaft
- 2121
- erstes Sonnenradfirst sun gear
- 2323
- PlanetenwellePlanetary shaft
- 2525
- StufenplanetStep Planet
- 2626
- erstes Hohlradfirst ring gear
- 26a, 26b26a, 26b
- Hohlradteil des ersten HohlradsRing gear part of the first ring gear
- 27, 29, 29a, 29b27, 29, 29a, 29b
- Verzahnungs(teil)bereichGearing (part) area
- 2828
- erster Planetenträgerfirst planet carrier
- 3030
- VorübersetzungsgetriebePre-transmission gearbox
- 3232
- StirnradsatzSpur gear set
- 3434
- dritter Planetenradsatzthird planetary gear set
- 3636
- EnergiespeichereinrichtungEnergy storage device
- 3838
- SteuereinrichtungControl device
- 45, 47, 4945, 47, 49
- Stirnradstufe des StirnradsatzesSpur gear stage of the spur gear set
- 4646
- zweite elektrische Maschinesecond electric machine
- 4848
- zweite Motorwellesecond motor shaft
- 5252
- KegelradgetriebeBevel gear
- 5454
- drittes Sonnenradthird sun gear
- 5656
- dritter Planetenträgerthird planet carrier
- 5858
- drittes Hohlrad desthird ring gear of the
- 60, 61, 62, 63, 6460, 61, 62, 63, 64
- Stirnrad des StirnradsatzesSpur gear of the spur gear set
- 6565
- Zwischenwelle des StirnradsatzesIntermediate shaft of the spur gear set
- EMsEMs
- erste elektrische Maschinefirst electric machine
- F1, F1, F3, F4F1, F1, F3, F4
- FreilaufFreewheel
- RS1RS1
- ÜberlagerungsgetriebeSuperposition gear
- SPS1PLC1
- StufenplanetenradsatzStepped planetary gear set
- W1W1
- Kurbelwellecrankshaft
Claims (11)
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE102023202059.9A DE102023202059B3 (en) | 2023-03-08 | 2023-03-08 | Drive device for a muscle-powered vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102023202059.9A Active DE102023202059B3 (en) | 2023-03-08 | 2023-03-08 | Drive device for a muscle-powered vehicle |
Country Status (1)
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